По воде и в воздухе (50-50)

Как быстрее всего двигаться по воде?

Очевидно, чем более обтекаем корпус судна, тем быстрее оно плывет. Более половины преодолеваемого им сопротивления обусловлено трением воды. Значит, чем меньше контактирующая с ней поверхность, тем легче разгоняться. Этот принцип использован при создании катамаранов и плоскодонных глиссеров, которые практически скользят по поверхности водоема. Дальнейшие попытки свести к минимуму сопротивление жидкой опоры привели к созданию судов на подводных крыльях (воды касаются только узкие лыжи), а также к концепции воздушной подушки, поднимающей над водой корпус за счет работы под его «юбкой» мощных, направленных вниз вентиляторов. Эти системы позволяют развивать скорость порядка 100 км/ч. Гораздо быстрее движутся экспериментальные аппараты, известные как экранопланы. Представляя собой нечто среднее между судном и самолетом, они, достаточно разогнавшись, летят над самой поверхностью воды, опираясь на слой воздуха, «зажатого» между ней и их огромными крыльями. Скорость развивается вполне авиационная, но только если нет качки.

Упадет ли скорость пловца в бассейне с патокой?

Этот вопрос, якобы заданный когда-то самому Ньютону, любят предлагать на школьных олимпиадах по физике. Ответ дали 16 добровольцев, устроивших заплыв в бассейне с густым сиропом. Чем выше вязкость жидкости, тем сильнее ее сопротивление движению тела вперед. Однако по той же причине возрастает сила каждого гребка человека. Не стоит забывать и об увеличении выталкивающей силы, уменьшающей контакт тормозящей среды с погруженным в нее телом. В общем, эти эффекты почти уравновешивают друг друга. Сироп снизил скорость пловцов максимум на 4%, независимо от их стиля: вольного, брасса или баттерфляя. Естественно, чем более обтекаема форма предмета, тем быстрее он может двигаться в любой жидкости.

Почему коньки скользят по льду?

Чем меньше трение, тем легче скольжение, а вода — неплохая снижающая трение смазка. Коньки хорошо скользят, поскольку тончайший слой воды есть на поверхности льда всегда, даже в самые сильные морозы. Особая скошенная поверхность коньков обеспечивает скопление под ней воды, тогда как их острая наружная кромка помогает двигаться в нужном направлении. Существует также часто упоминаемый, хотя и менее важный, эффект «плавящего давления» конька — результат опоры на его узкую поверхность всего тела человека. Правда, количество талой воды при этом не особенно велико и зависит от веса конькобежца и температуры окружающей среды. Лыжи тоже скользят по гладкой пленке воды на поверхности снега. Чем он мягче (менее зернистый), тем сильнее снижается трение. Черная нижняя поверхность лыж скользит лучше светлой, поскольку поглощает и накапливает больше тепла, способствуя таянию. Это научно доказано с помощью прикрепленных к лыжам температурных датчиков.

Почему скейтборд и скейтбордист взлетают вместе?

Когда скейтбордист эффектно подпрыгивает, доска как будто прилипает к его ногам, хотя теоретически гравитация должна оставлять ее на земле. Этот трюк, называемый на спортивном жаргоне «олли» в честь его изобретателя, требует хорошей тренировки. Во время «олли» доска ничем не связана с ногами, но движется вместе с ними благодаря точно рассчитанному отталкиванию от грунта. Спортсмен сильно бьет задней ногой по ее загнутому вверх «хвосту», а сам подскакивает, становясь невесомым. В результате доску упруго подбрасывает, и она движется в воздухе вслед за человеком, который легкими касаниями передней ноги задает направление ее полета. Их неразрывная связь — иллюзия.

Существуют ли реактивные ранцы?

В 1965 г. Джеймс Бонд в фильме «Шаровая молния» впервые полетел с помощью заплечного реактивного двигателя. Впоследствии кинозрители еще не раз наблюдали это чудо техники, однако только на экране, поскольку в реальности запаса топлива у такого ранца хватит в лучшем случае на полминуты.

В принципе для короткого полета он вполне подходит. Перекись водорода превращается ракетным двигателем в мощную струю перегретого газа, позволяющую человеку пролететь несколько метров за счет реактивного эффекта. Естественно, малейший сбой грозит «авиакатастрофой». Такая система разрабатывалась оборонкой США в 1980-е годы, но в итоге было решено, что вертолет дешевле, эффективнее и безопаснее. Сейчас ракетные ранцы демонстрируются публике только во время рекламных шоу. Однако их вариант нашел применение в условиях невесомости. Речь идет о так называемой установке перемещения и маневрирования космонавта (УПМК), позволяющей перемещаться за пределами орбитальной станции.

Как качаются качели?

Малышей раскачивают родители. Однако с возрастом дети быстро понимают, как наслаждаться качелями без посторонней помощи. Достаточно наклоняться вперед-назад в нужном ритме. Движения человеческого тела подпитывают систему энергией, в результате чего ее колебания не затухают. Качели, как и маятник, пока не толкнешь, висят вертикально. Если вывести их из этого состояния равновесия, т. е. приподнять, отведя в сторону, потенциальная энергия гравитации потянет систему обратно. По дороге та накопит кинетическую энергию, за счет которой проскочит начальную точку и вновь приобретет потенциальную энергию. Процесс будет продолжаться, пока вся энергия не израсходуется на трение. Благодаря простому физическому закону можно регулярно добавлять системе энергии, если двигаться в одном с ней направлении, т. е. откидываясь назад в верхней точке качелей и подаваясь вперед в нижней.