Читаем Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий полностью

Рассматривая картину Рылова, мы еще не обсудили птиц, которые составляют неотъемлемую часть обаяния морских берегов. Давайте исправим это упущение такой задачей: как часто птице заданной массы нужно взмахивать крыльями, чтобы лететь? Возможно, читателю трудно будет увидеть связь между этими величинами, и он решит, что авторы играют с ним как кошка с мышкой.

Пусть m – масса птицы, S – общая площадь крыльев, v – средняя скорость крыла, t – продолжительность удара крыла и  – плотность воздуха. Во время взмаха крылом птица перемещает воздушную массу, равную M = Svt, и сообщает ей скорость v, что соответствует среднему ускорению v

/t, поэтому сила F = Mv/t = Sv2 должна сбалансировать вес mg птицы, где g – ускорение свободного падения. Так,



Скорость v крыла пропорциональна количеству взмахов крыльев в секунду и длине крыла, которая также пропорциональна Предполагая (довольно произвольно), что коэффициент пропорциональности равен 2, находим:



Для серой цапли (илл. 10) масса m составляет порядка 1 кг. Размах ее крыльев – около 2 м, и можно предположить, что площадь S 0,2 м2. При приблизительных значениях = 1 кг/м3

и g = 10 м/с2 скорость крыла будет составлять порядка 3 взмахов в секунду, что вполне соответствует реальности между 2 и 3 взмахами в секунду в машущем полете.


10. Площадь крыла серой цапли примерно равна одной десятой квадратного метра


Пойдем дальше и предположим, что все птицы имеют тело той же формы и плотности. Площадь крыльев S в таком случае пропорциональна m2/3, и из предыдущей формулы следует, что количество взмахов крыльев в секунду обратно пропорционально m

1/6. Действительно, уменьшается при увеличении массы птицы: воробей (масса которого составляет порядка 20–30 г) совершает 13 взмахов в секунду, голубь (масса около 500 г) – до 8–9 взмахов, а сарыч (масса примерно килограмм) – до 3.

А насекомые? На картине Рылова их не видно, так как они слишком малы. У насекомых частота взмахов крыла значительно выше, чем у птиц, что соответствует нашей формуле. Предельный случай – комары, которые совершают примерно 400 взмахов в секунду. Ударяя воздух с такой частотой, насекомое производит слышимый человеком звук, чем предупреждает о своих атаках! Зная, что масса комара составляет 2 мг, и предполагая, что крылья имеют площадь поверхности S порядка 10 мм2, можно заключить, что фактическая частота примерно в 10 раз выше, чем значение, получаемое по нашей формуле. В этом нет ничего удивительного, формула действительно очень приблизительна, и скорее следует удивляться тому, что она дает разумные значения частот взмахов крыльями для крупных птиц и насекомых.

Мог ли художник Рылов, когда писал свою картину, предполагать, что затронет так много законов физики?

Глава 4

Маятник Фуко и сила Кориолиса

В начале XIX века все были уверены, что Земля шарообразна и вращается вокруг своей оси, но экспериментальных свидетельств этому не имелось. Первым неоспоримым доказательством этих фактов стал известный опыт Леона Фуко.

Вращение Земли вокруг своей оси объясняет многие явления, например из области метеорологии и океанографии. Чтобы понять природу этих явлений, нужно научиться их описывать теоретически. Для этого физики прибегают к использованию фиктивной силы, называемой именем Гаспара-Гюстава де Кориолиса.

В 1851 году парижский Пантеон стал местом проведения эксперимента, осуществленного физиком Леоном Фуко (1819–1868). К верхней части купола, на подвесе длиной 67 м, он прикрепил шар массой в 28 кг, создав таким образом маятник (илл. 1), аналогичный балансиру часов наших прабабушек и прадедушек. В отличие от маятника часов, который способен двигаться только в определенной вертикальной плоскости, маятник Фуко мог свободно колебаться в любых направлениях. Эксперимент предполагал отклонить маятник от равновесного положения (вертикального), а затем отпустить и позволить ему свободно колебаться. Поскольку трение крайне мало, маятник может очень долго колебаться без затухания. Что же наблюдали экспериментаторы? При первых колебаниях маятник, казалось, оставался в вертикальной плоскости, определенной осью маятника и начальным отклонением. Именно так, как читателя и учили в средней школе. Через несколько минут, однако, ученые заметили, что плоскость качания маятника начала постепенно поворачиваться! При этом поворачивалась она всегда в одном и том же направлении. Давайте поймем, в каком именно.


Перейти на страницу:

Похожие книги

Доказательная медицина. Что, когда и зачем принимать
Доказательная медицина. Что, когда и зачем принимать

Доказательная медицина – термин широко известный, даже очень. А все широко известное, уйдя в народ, наполняется новым, подчас неожиданным, смыслом. Одни уверены, что доказательная медицина – это юридический термин. Другие считают доказательной всю официальную медицину в целом, что не совсем верно. Третьи знают из надежных источников, что никакой доказательной медицины на деле не существует, это выдумка фармацевтических корпораций, помогающая им продвигать свою продукцию. Вариантов много… На самом деле доказательная медицина – это не отрасль и не выдумка, а подход или, если хотите, принцип. Согласно этому принципу, все, что используется в профилактических, лечебных и диагностических целях, должно быть эффективным и безопасным, причем оба этих качества нужно подтвердить при помощи достоверных доказательств. Доказательная медицина – это медицина, основанная на доказательствах. Эта книга поможет разобраться как с понятием доказательной медицины, так и с тем, какие методы исследования помогают доказать эффективность препарата или способа лечения. Ведь и в традиционной, официальной, полностью научной медицине есть куча проблем с подтверждением эффективности и безопасности. Правильное клиническое исследование должно быть прозрачным и полностью объективным. На этих двух столпах стоит доказательная медицина. А эти столпы опираются на фундамент под названием «эксперимент».

Кирилл Галанкин

Научная литература / Научно-популярная литература / Образование и наука
Мифы сталинской эпохи
Мифы сталинской эпохи

ИОСИФ ВИССАРИОНОВИЧ СТАЛИН… Государственный лидер, правивший больше всех в новейшей истории нашей страны и сделавший из нее сверхдержаву, Верховный главнокомандующий Красной Армией в годы Великой Отечественной войны… Интерес к его личности с годами не только не ослабевает, наоборот, Сталина с каждым годом все чаще обсуждают в медийном пространстве. Однако на фоне медиа-шума почти невозможно встретить серьезных, взвешенных оценок деятельности человека, оставившего поистине неизгладимый след в истории России. Подлинный Иосиф Сталин и его эпоха оказались напрочь скрыты от нас за частоколом досужих домыслов и откровенных мифов.НОВАЯ КНИГА известного историка и журналиста беспристрастно развенчивает самые распространенные и злободневные мифы о Сталинской эпохе. Как на самом деле Сталин возглавил Советский Союз? Какими были истинные цели коллективизации и индустриализации? Как НКВД стал всесильным ведомством и как в советском уголовном праве появилось понятие «Враг народа»? Что именно послужило толчком к созданию главного антибренда нашей страны – ГУЛАГа? Существовал ли в реальности «Заговор Тухачевского» и имеет ли Сталин личное отношение к расстрелу польских офицеров в Катыни? Какие тайны до сих пор хранит легендарное покушение на советского лидера в 1944 году? Какова подлинная история, прославленной «Местом встречи изменить нельзя…», банды «Черная кошка»? Праздновался ли в сталинском СССР День Победы? Наконец, каковы реальные цифры жертв Сталинской эпохи и в чем заключается главная загадка смерти Вождя?В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.

Армен Сумбатович Гаспарян

Публицистика / Научно-популярная литература / Образование и наука
30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину
30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину

Самая известная и почетная в мире премия – Нобелевская – ежегодно присуждается за выдающиеся научные исследования, революционные изобретения, вклад в культуру или развитие общества. В этой книге речь пойдет о лауреатах премии по физиологии или медицине. На момент написания книги вручено 210 премий 219 лауреатам. Из них мы отобрали 30 – тех, чьи работы широко используются, значение которых известно каждому, а суть понятна любому человеку без специального образования – небезразличному к медицине и собственному здоровью.Открытия объединены по темам и собраны в шести главах, посвященных физиологии, генетике, патогенам, медицинским методам и фармакологии. Чтение можно начать с любой главы – с той темы, которая вам кажется самой интересной.

Лев Иноземцев , Ольга Леонидовна Шестова , Ольга Шестова Иноземцев

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература / Медицина / Научная литература / Научно-популярная литература / Образование и наука