Лодка середины 80-х гг. имеет выраженную каплевидную форму. Подводная лодка дизель-электрического класса
Аналоги
Аналогично обтекаемую форму имеют современные самолёты, автомобили и т. д.
Знаменитая картинка 30-х гг. XX века из рекламы легковой «Татры» с популярным объяснением преимуществ хорошей аэродинамики
ЗАДАЧА 6. ЭВЕРЕСТ НЕ САМАЯ ВЫСОКАЯ ГОРА?***
В энциклопедиях пишут, что Джомолунгма (Эверест) самая высокая гора на Земле. Её вершина находится на высоте 8 848,86 м над уровнем моря и считается самой высокой точкой Земли.
А можно ли как-то обосновать утверждение, что на нашей планете есть горы выше Джомолунгмы?
Контрольный ответ
Да, в географии принято измерять высоту гор относительно уровня моря. Но это не единственно возможная система отсчёта. Ничто не мешает нам выбрать другую, ведь все системы отсчёта в классической механике равноправны
Если за точку отсчёта брать уровень моря, то самая высокая гора Эверест, в этом нет никаких сомнений.
Но если вести отсчёт не от уровня моря, а от подножия гор на океаническом дне, то самой высокой горой окажется вовсе не Эверест, а Мауна-Кеа, что на Гавайях. Её высота от подножия более 10 тысяч метров.
Если же за точку отсчёта взять центр Земли, придётся учесть, что наша планета не шар, а геоид. Она «сплюснута» у полюсов и более «выпукла» на экваторе. Любой, кто стоит у экватора, уже дальше от центра Земли, чем тот, кто находится ближе к полюсам. И если отсчитывать от центра Земли, то самая высокая гора это Чимборасо в Андах, она расположена недалеко от экватора и её вершина примерно на 2 км дальше от центра Земли, чем вершина Эвереста.
Хотите знать больше?
Расчёты высоты гор от центра Земли выполнил в начале нашего века инженер-геодезист Джозеф Сенн. Проверил их директор Нью-йоркского планетария астрофизик и популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон.
Как видите, всё в мире относительно. Даже рекордная высота Эвереста.
Кстати
Споры о том, какая система отсчёта «правильная», велись столетиями, причём не всегда научными методами. Джордано Бруно был казнён в том числе за то, что отстаивал идеи Коперника о гелиоцентрической картине мира. Система отсчёта, в центр которой вместо Земли ставилось Солнце, считалась в те времена еретической, богопротивной.
Сегодня благодаря Копернику, Галилею, Эйнштейну и многим другим учёным вы знаете, что все инерциальные системы отсчёта равноправны и физические законы от их выбора не зависят.
ЗАДАЧА 7. ОЧЕНЬ ОСОБЕННАЯ СИЛА?****
На первых уроках физики вы узнаёте о том, что силы в механике бывают трёх видов. Это силы тяготения, силы упругости и силы трения.
По действием сил тяготения яблоко падает на Землю, а Земля вращается вокруг Солнца.
Силы упругости обеспечивают целостность предметов и не дают им непредсказуемо распадаться на части и произвольным образом соединяться в новые предметы.
А силы трения вечно сопутствуют любому реальному движению. Иногда они «мешают» телу двигаться, снижая его скорость, а иногда, наоборот, «помогают». Мы ходим благодаря силе трения. Представьте, что вы оказались на скользком льду, и сомнения отпадут: сила трения «помогает» нам идти.
К какому виду сил относится сила Архимеда, которая выталкивает тела, погружённые в жидкость или газ?
Контрольный ответ
Не так уж и прост этот вопрос. Вообще сила Архимеда порождается давлением, существующим внутри жидкости. А давление в жидкости возникает благодаря силам тяготения: каждый слой жидкости давит на слой ниже и так до самого дна: чем глубже погружаемся, тем давление больше. Поэтому можно сказать, что сила Архимеда это сила гравитационная. В невесомости силы Архимеда нет!
Но ведь силы тяготения на Земле направлены к центру Земли, а сила Архимеда в противоположную сторону! Как же так?
Да, по происхождению сила Архимеда гравитационная, но непосредственно на тело действуют силы упругости молекул воды, контактирующих с телом. Они-то и «толкают» его вверх. С этой точки зрения сила Архимеда это сила упругости.
Хотите знать больше?
Видео по теме можно посмотреть по запросу «В бассейне без гравитации. Фильм Пассажиры (2016)».
ЗАДАЧА 8. КАРАУЛ ЗАКРИЧАЛ, ТАК БЕЗНОГИЙ ПОБЕЖАЛ**
(русская пословица)
Морские гребешки обычно лежат на дне и занимаются единственным делом всей своей жизни фильтруют воду. Делают это они не для того, чтобы вода стала чище, а чтобы отделить планктон, которым питаются.
Морские гребешки это двустворчатые моллюски с очень красивой раковиной. Они обитают во всех океанах мира. У гребешков нет ни плавников, ни каких-либо иных конечностей, но в случае опасности они могут изменить привычке к малоподвижному образу жизни и довольно резво «убежать» от опасности.
Гребешок гигантский (лат. Crassedoma giganteum)
Как морским гребешкам удаётся быстро перемещаться?
Контрольный ответ
При опасности морские гребешки резко сжимают створки раковины и с силой выталкивают из неё воду. Такой водомётный движитель использует принцип реактивного движения. Чем с бóльшей скоростью выталкивается из раковины струя воды, тем бóльшую скорость приобретает сама раковина.
Кстати
Принцип реактивного движения используют многие обитатели морей и океанов. Медузы, кальмары, осьминоги передвигаются на реактивной тяге. Скорость движения зависит от разных факторов, но самым значимым из них является скорость передачи нервного импульса от мозга к мышцам животного. От этого зависит, с какой частотой оно сможет выпускать реактивную струю. Например, кальмар на полный цикл «двигателя»: забор воды, прокачку её через тело и выталкивание тратит доли секунды! Это позволяет ему достигать скорости 70 км/ч и выше.
ЗАДАЧА 9. КУБИК-ШАРИК***
Игральную кость обычно называют кубиком. На каждой из 6 его граней нанесены точки от 1 до 6. Кубик бросают и случайным образом выпадает 1 из 6 чисел. Но, оказывается, бывают игральные «кубики» в форме шара!
Круглый 6-сторонний «кубик» / Wikimedia, Clément Bucco-Lechat, CC BY-SA 3.0
Несмотря на форму, игральная кость останавливается почти сразу после броска. Почему?
Контрольный ответ
Внутри этого игрального кубика-шарика находится ещё один тяжёлый шарик, который может свободно перекатываться по внутренней поверхности.
Положение внутреннего шарика изменяет положение центра тяжести тела в целом. Если бы тяжёлый внутренний шарик был закреплён, игральная кость всегда останавливалась бы в одном положении, как кукла неваляшка. Но он может произвольно перекатываться внутри. Поэтому положение, в котором остановится такая игральная кость, непредсказуемо. Что и требуется по правилам игры в кости.
Хотите знать больше?
Видео по теме см. по запросу «Почему Неваляшка не падает и встаёт обратно?».
У многих игральных кубиков углы закруглены. Благодаря этому кубик катится почти как шар. При этом вероятность выпадения любого числа становится одинаковой, даже если бросающий намеренно выбирает определённое начальное положение кости и бросает её с целью, чтобы выпало задуманное число.
Кстати
Где азартная игра, там и обман! Нечестные игроки шулеры пользовались игральными костями со смещённым центром тяжести. Такой кубик повышает вероятность выпадения определённого числа и даёт обманщику преимущество в игре.
ЗАДАЧА 10. АНТАРКТИЧЕСКИЙ ЛЁД***
Летом в Антарктиде тает лёд, и вода ручьями стекает в океан.
Но талые воды антарктического льда ещё долго не перемешиваются с водой океана. Они скользят по поверхности океана своим потоком, как будто вода ледников и морская вода это две разные жидкости, не желающие смешиваться.
Почему талая вода плохо перемешивается с водами океана?
Контрольный ответ
Вода от растаявшего ледника пресная, её плотность ниже плотности океанской воды. Поэтому при стекании в солёную воду океана пресная вода оказывается наверху, и перемешивание происходит медленно.
Верхний слой пресный, он словно бы плывёт по более плотному нижнему солёному слою и не стремится вниз. Окажись солёная вода наверху, перемешивание пошло бы гораздо быстрее.
Хотите знать больше?
Плотность воды зависит не только от солёности, но и от температуры. Холодная вода имеет бóльшую плотность. Почему так, легко понять, если вспомнить, что жидкости при нагревании расширяются. Объём горячей жидкости будет чуть больше, чем объём холодной той же массы. А если объём тела при той же массе больше, то плотность этого тела меньше.
У воды, однако, есть одно необычное свойство: её плотность максимальна при температуре 4 , а при дальнейшем понижении температуры плотность воды начинает уменьшаться. Также плотность льда меньше плотности воды, и лёд в воде не тонет. Это уникальное свойство воды делает возможной жизнь в реках и озёрах. Иначе зимой водоёмы неизбежно промерзали бы до дна, и это сделало бы жизнь в них невозможной для большинства организмов.
Когда плавится арктический лёд, образуется пресная вода. Но почему? Разве не из океанской воды когда-то возникли эти глыбы льда? Не совсем. Часть льда образовалась благодаря осадкам, а осадки состоят из пресной воды. Но дело даже не в этом. Вымораживание это один из способов опреснения солёной воды. Когда солёная вода замерзает, кристаллы льда образуются из молекул воды, при этом молекулы соли вытесняются из кристалла наружу.
Подумайте*
Вам понятно теперь, почему при замерзании больших объёмов солёной воды повышается солёность океана?
ЗАДАЧА 11. АНОМАЛИЯ НА ПЛОТИНЕ ГУВЕРА**
Плотина Гувера одно из самых грандиозных сооружений в США. Некоторым туристам при посещении плотины демонстрируют гравитационную аномалию.
Человек, стоя на плотине, выливает из бутылки воду. Но вместо того чтобы течь вниз, вода, разбиваясь на капли, летит вверх!
Видео с этим фокусом см. по запросу «Вода из бутылки льётся вверх на плотине Гувера». Возможно, если вы будете смотреть внимательно, вы найдёте подсказку на вопрос задачи.
Как можно объяснить, что вода, вылитая из бутылки, течёт вверх?
Контрольный ответ
Ветра, дующие в глубоком каньоне реки Колорадо, встретив на пути высокую вертикальную стену плотины, изменяют направление движения. Снизу вверх вдоль стены плотины движется сильный воздушный поток. Он-то и заставляет брызги воды лететь вверх. (Если внимательно смотреть видео, то видно, что волосы девушки колышутся от ветра.)
Хотите знать больше?
Гравитационные аномалии действительно существуют, это не вымысел! Но их влияние на силу тяготения невелико. Из-за особенностей рельефа местности, из-за различной плотности пород, формирующих литосферу, сила тяжести, действующая на тело, может отличаться в разных точках Земли. Но лишь на несколько процентов. И, конечно, смена направления силы гравитации на противоположное совершенно невозможное явление на нашей планете.
Аналоги
На Земле есть удивительные водопады, в которых потоки воды, оторвавшись от скалы, не падают на Землю, а летят вверх.
Воду вздымает ветер, который дует от подножия горы к вершине, образуя восходящий воздушный поток. Такие «перевёрнутые» водопады явление редкое. Они встречаются в Австралии, Исландии, Ирландии, Шотландии, Великобритании, на Гавайских островах.
Видео, как сильные ветры переворачивают водопад с ног на голову, можно посмотреть по запросу «Водопад Вайпугия на Гавайях».
ЗАДАЧА 12. НАСТОЯЩИЙ КОСМОНАВТ НЕ ХРАПИТ!***
Ни космонавты, ни астронавты, ни даже космические туристы, находящиеся на орбите, не храпят во сне. Этот факт был подтверждён исследованиями НАСА и Американским Национальным Институтом Здоровья.
Чтобы решить задачу, рассмотрите, как устроены воздухопроводящие пути человека.
Схема строения ротоглотки
Почему люди, храпящие на Земле, в космосе спят без храпа?
Контрольный ответ
Во сне у человека расслабляются мышцы ротовой полости. Под действием силы тяжести язык, миндалины и мягкое нёбо смещаются вниз и сужают дыхательные пути. Выдыхаемый воздух преодолевает эти препятствия и заставляет вибрировать мягкие ткани ротоглотки. Таков механизм возникновения храпа.
В условиях невесомости этого не происходит. Ведь там отсутствует сила, которая смещает ткани в просвет дыхательных путей.
Хотите знать больше?
От храпа страдает до 30% взрослого населения нашей планеты. Звук храпа человека может достигать 92 децибел, что соответствует уровню шума работающего перфоратора. Храп считается предвестником целого ряда проблем со здоровьем.
Астронавты и космонавты Эти два слова вошли в привычный лексикон людей только в 60-х гг. XX века. Тогда сбылась головокружительная мечта человечества о полёте в космос.
В США пилотов космических кораблей назвали астронавтами, в СССР космонавтами. Оба этих слова составлены из греческих корней: ἄστρον (астра) звезда; κόσμος (космос) мир, Вселенная; ναύτης (навт) моряк. Несложно понять их смысл: астронавт человек, плывущий к звёздам, а космонавт в бескрайние просторы Вселенной. В Китае их называют «тайконавтами»: 太空 (тайко) переводится с китайского как «космос».
ЗАДАЧА 13. СОВРЕМЕННЫЕ ИЛИ СТАРИННЫЕ?..***
Представьте себе спор двух студентов-биологов, которым предстоит отправиться в долгую учебную экспедицию. Они побывают в разных уголках планеты, окажутся и на крайнем Севере, и на экваторе. Им предстоит провести много экспериментов, в ходе которых придётся измерять массу различных частей растений. Один студент предлагает для этой цели взять с собой самые современные электронные весы, а второй старинные аптекарские с набором мелких гирь разной массы разновесов.
А какие весы взяли бы вы?
Старинные весы / Wikimedia, Современные весы
Poussin jean, CC BY-SA 3
На каких весах можно более точно измерить массу в разных уголках планеты: на современных электронных или старинных рычажных?
Контрольный ответ
Масса измеряется с помощью весов. А весы работают благодаря силе тяжести, которая действует на тело. Величина этой силы немного различается в разных частях планеты. Но масса тела при этом не меняется, так как от силы тяжести она не зависит!
Поэтому электронные весы, настроенные так, чтобы показывать точное значение массы на экваторе Земли, будут неточны на её полюсах. Ведь на экваторе сила тяжести меньше примерно на 0,5%, и давить на весы тело будет с меньшей силой.
А вот с рычажными весами такой проблемы не возникнет. Ведь эти весы сравнивают массу тела с гирьками заданной массы. Изменение силы тяжести, действующей на тело, будет точно таким же, как изменение силы тяжести, действующей на разновесы. И показания таких весов окажутся верными в любой точке Земли.
Хотите знать больше?
Форма Земли не совсем шар. Расстояние от центра Земли до её поверхности на экваторе больше, чем на полюсах.
Но в соответствии с законом всемирного тяготения сила притяжения между телами тем меньше, чем больше расстояние между ними. Поэтому на экваторе сила тяготения меньше и вес тела меньше.
Кроме того, уменьшение веса на экваторе обусловлено вращением Земли.
Кстати
Земля имеет специфическую форму, которую принято называть «геоид».
Подробнее о конфигурации Земли можно почитать по запросу «Геоид».
ЗАДАЧА 14. ДОРОГАЯ НЕВЕСОМОСТЬ***