Резина растянулась в 3 раза: итог опасного эксперимента с центробежной силой

Как вы думаете, что будет с колесом, если его как следует раскрутить до 3000 оборотов? Телеведущий Алексей Иванченко показал колесо от спортивного автомобиля на радиоуправлении, которое находится на оси автоматической фрезы, которая очень быстро вращается. При вращении диаметр колеса увеличивается примерно в три раза. Всему виной центробежная сила. Она действует от оси вращения перпендикулярно. То есть чем дальше от оси, тем сильнее растягивает колесо.

А почему же автомобильные колеса не превращаются вот в такие блины? Для этого есть две причины. Во-первых, все автомобильные покрышки сейчас имеют стальной корт, то есть он помогает держать колесу геометрию. Ну и во-вторых, вес автомобиля, а это по меньшей мере 1200 килограммов, прижимает колеса к земле, то есть компенсирует эту силу. Но на очень больших скоростях разжимающиеся колеса действительно приподнимают автомобиль над дорогой.

Почему велосипедисты пригибаются к рулю во время заездов? При каком условии сырое яйцо не разобьется при падении? Можно ли обмануть гравитацию? Об этом рассказали в программе "Знаете ли вы, что?" с Алексеем Иванченко на РЕН ТВ.

Слипстрим: как физика помогает автолюбителям экономить деньги

Гоночный болид, который движется со скоростью свыше 300 километров в час, формирует позади себя область пониженного давления. Благодаря этому спорткар, что идет следом, испытывает меньшее сопротивление воздуха. Ему проще разогнаться. И проще вырваться вперед на финише. На языке автогонщиков это называется "слипстрим".

Коридор разреженного воздуха помогает и водителям на дорогах общего пользования. С его помощью они экономят деньги. Примерно 100 рублей на 100 километров пути.

"Если вы видите, что перед вами едет большой автомобиль, высокий, вы пристраиваете за него. Вам нужно меньше нажимать на газ, машина едет на такой же скорости и расходует меньше топлива", – рассказал автогонщик Иван Овсиенко.

Велосипедисты во время многочасовых заездов для экономии сил тоже пристраиваются друг за другом. А еще пригибаются к рулю. Ведь чем меньше площадь тела, тем меньше на него набегает воздушных масс. Докажем это с помощью картонного маятника.

"Я собираюсь раскачивать маятник торцевой стороной, чтобы показать, что при меньшем сечении объекта будет меньшая сила сопротивления. Вот мы видим, что маятник достаточно свободно качается", – объяснил физик Алексей Карташов.

А теперь изменим условия эксперимента. Развернем кусок картона на 90 градусов. Физика учит, что сопротивление воздуха при этом возрастет в разы. Чтобы это доказать, заставим маятник поработать еще раз.

"Тут мы должны будем увидеть достаточно быстрое затухание и, возможно, больше одного раза он не прокачается. Ну вот и все. Чем больше площадь соприкосновения поверхности с средой, тем быстрее объект будет терять свою энергию", – рассуждает физик Карташов.

Как работает гравийная ловушка на дорогах

Иногда кинетическая энергия транспортного средства настолько велика, что погасить ее не может даже сила трения в тормозной системе. Чаще всего в такой ситуации оказываются водители фур, которые забывают убрать ногу с педали газа при езде под горку.

Кажется, что остановить многотонную махину, которая мчится на бешеной скорости, невозможно. Но при попадании в так называемую гравийную ловушку она ведет себя очень покорно.

"Это сооружение, которое представляет собой снятый верхний слой земли. Туда, вниз, засыпается песчаная подушка, достаточно объемная. И сверху уже насыпается гравий. Автомобиль с достаточно большой массой и весом зарывается прямо в этот гравий", – объяснил специалист по безопасности дорожного движения Сергей Коннов.

Объяснить, благодаря чему так эффектно и эффективно работает тупик для аварийной остановки, нам поможет символ хрупкости – сырое яйцо. Падение даже с небольшой высоты для него, как известно, заканчивается плачевно.

А теперь посмотрите, что будет, если мы разместим под летающим яйцом миску с мукой, которая сыграет роль гравия.

"Яйцо упало, и с ним ничего не произошло. Достаем яйцо. Стряхнем. Чтобы было более интересно, давайте поставим 70 сантиметров. Фиксируем. Опа! Ничего не произошло", – продемонстрировал физик Дмитрий Мосолов.

В это трудно поверить, но мука мягко приземлит яйцо даже в том случае, если сбросить его с высоты 150 сантиметров…

Почему так происходит? Потому что кинетическая энергия падающего тела уходит на преодоление в сыпучей среде силы трения. Эта же сила заставляет вязнуть и колеса фур в гравийной ловушке.

"Результат действия силы зависит от площади поверхности. Мука как бы обволакивает яйцо, увеличивая площадь соприкосновения. И за счет этого давление на скорлупу уменьшается. И это помогает яйцу не разбиться", – объяснил физик Мосолов.

Можно ли обмануть гравитацию: наглядная демонстрация

Все живые и неживые природные тела стремятся быть поближе к земле. Потому что так им велит закон всемирного тяготения. Но можно его и обмануть. С помощью подъемной силы. Эта сила возникает, например, под крыльями птиц и самолетов.

Но вот вопрос: как обманывают гравитацию цирковые артисты, у которых крыльев нет?

Почему мотоциклист, который едет по вертикальной стене или покоряет сферу в цирке, не падает вниз? Ведущий Иванченко смоделировал макет мертвой петли. В роли мотоциклиста – стальной шар.

"Очевидно, что шарик, когда летит по этой окружности, центробежная сила прижимает его к рельсам, и он не падает", – отметил ведущий.

Но что будет, если убрать верхнюю часть петли? Запускаем шарик еще раз.

"Да, конечно, вы абсолютно правы – на шар действует центробежная сила. Но на него еще действует и сила гравитации. В результате, если у шара правильная скорость, в верхней точке гравитация уравновешивает центробежную силу. И шар, не касаясь рельсов, просто летит", – пояснил Алексей Иванченко.

Инерция покоя: почему пакеты в магазинах нужно отрывать резко

В отделе овощей и фруктов любого магазина для удобства покупателей размещены вот такие рулоны с полиэтиленовыми пакетами. Для огурчиков и помидорчиков. И эти пакеты имеют очень скверный характер. Они хорошо тянутся, но плохо отрываются. Однако есть способ с ними поладить. Для этого надо не тянуть, а дергать. Резко!

Почему пакет, к которому усилие прикладывают постепенно, отрываться не хочет, а при резком рывке отделяется от рулона легко? Во всем виновата инерция покоя. Не та, которая мешает нам оторвать пятую точку от дивана, а та, что заставляет все физические тела в неподвижном состоянии сопротивляться любому внешнему импульсу.

"В данном случае мы показываем, что достаточно массивный рулон не успевает разогнаться вместе с пакетом, который мы быстро тянем, и пакет отрывается", – отметила лаборант РЭУ им. Г. В. Плеханова Людмила Селезнева.

Почему во время бега колет в боку

Есть люди, которые получают удовольствие от беготни по магазинам. А есть те, что от просто беготни. В организме таких людей во время активной работы ногами ударными дозами вырабатывается гормон счастья – эндорфин. От которого головной мозг пребывает в эйфории. Эндорфиновое отравление длится от нескольких минут до нескольких часов. В это время бегун перестает осознавать, что ему плохо и больно; он не чувствует, что его кости и связки, которые испытывают колоссальную нагрузку при каждом ударе ноги об асфальт, молят о пощаде.

"Травмы есть у всех профессиональных спортсменов. Самые распространенные, как раз таки, колени. Это может быть разрыв связок, может быть, проблемы с мениском. Те же самые голеностопы все время подвернутые. Спина, позвоночник, нагрузка на него, грыжи, протрузии", – заявила персональный тренер Вероника Монат.

Во время бега у многих спринтеров и даже стайеров начинает нестерпимо колоть в боку. Одни объясняют это перееданием перед тренировкой, другие грешат на нарушение водно-солевого баланса. Но иногда причина этой боли – все та же ударная нагрузка.

"Вы, когда бежите по асфальту, вот представьте, что вы работаете на отбойном молотке. Идет постоянный отбив. Вот мое движение. У меня внутри идет подъем-опускание. Опускаются почки и функции прерываются. Вот есть почечная лоханка, она опускается к низу, болевые ощущения постоянные", – объяснил директор фитнес-клуба Сергей Варчев.

Как самое быстрое насекомое в мире выдерживает свою скорость

В программе показали калифорнийского клеща – самого быстрого бегуна на планете. Он способен разогнаться до умопомрачительной скорости – 322 длины своего тела в секунду. Или один километр в час, если перевести в более понятные единицы измерения. На первый взгляд немного. Однако если бы человек передвигал ногами с такой же скоростью, как это делает клещ, то он легко обгонял бы даже сверхзвуковые самолеты.

Но вот вопрос: почему ударная нагрузка, которая возникает при умопомрачительно быстрой перестановке ног паразита, не превращает его экзоскелет и внутренние органы в труху?

"Средняя скорость его смены ног – это 100 герц, то есть за секунду он 100 раз меняет их положение. За счет чего такое может быть достигнуто? Только за счет того, что калифорнийский клещ очень маленький. Чем крупнее животное, тем большие нагрузки оно испытывает при своем передвижении", – рассказал биолог Александр Михайлов.

Дальний родственник клещей, креветка-богомол, никуда не спешит. Потому что добыча сама плывет к ней в рот. А вот работать ногочелюстью ей приходится активно. За одну секунду она ударяет ей будущую еду более 50 раз. Лучшим боксерам планеты такое и не снилось.

"Механизм удара клешней креветки-богомола не мышечный, а так называемый пружинный. В их экзоскелете есть седловидная пружина, которую они взводят, и после того, как они нацеливаются на свою жертву, эта пружина просто отстреливает с огромной скоростью и пробивает хитиновые экзоскелеты, панцири раков и убивает жертву", – добавила биолог Екатерина Волкова.

Немаловажный фактор: на что стоит обращать внимание стрелкам

Наша планета вращается вокруг своей оси с огромной скоростью – 1600 километров в час. Именно благодаря этому вращению в северном полушарии реки отклоняются вправо, а в южном влево. Точно так же повинуются бегу Земли и циклоны. И даже свинцовые пули…

Знаете ли вы, что земля, которая, как известно, вращается вокруг своей оси, может отклонить траекторию пули, выпущенной из дальнобойного орудия? Чтобы продемонстрировать, как это происходит, ведущий Иванченко собрал модель. Круг представляет собой вращающуюся Землю, а пистолет – это орудие, которое стреляет с помощью радиопульта. Когда Земля неподвижна, пистолет стреляет точно в центр мишени перед собой.

Если запустить вращение "Земли", то результат будет точно такой же – все пули попадут в центр. Но если изменить дистанцию, попадание смещается в сторону, противоположную вращению.

"Что происходит? В тот момент, когда пуля вылетает из ствола, она уже движется самостоятельно, независимо от земли. А земля успевает за этот момент провернуться. Пока пистолет был близко, расстояние было маленьким, и время, которое пуля проходила от ствола до мишени, было очень коротким. Но теперь шарик летит дольше, и, соответственно, земля успевает провернуться", – объяснил ведущий.

А если убрать пистолет на еще большее расстояние, то пули будут попадать еще дальше от центра мишени и совсем скоро вообще начнут промахиваться мимо.

"Происходит это из-за силы Кориолиса, которая отклоняет предмет за счет вращения Земли. То есть, пока пуля летит, Земля успевает провернуться, и мишень убегает от пули. Поэтому стрелки на большие дистанции, помимо прочих факторов, должны учитывать и вращение Земли", – резюмировал Алексей Иванченко.