Тайны великих открытий

4. У большинства читателей, без сомнения, со школы аллергия на формулы, поэтому мы и ограничим вышеизложенным разговор о формулах. Всем прочим — если они того пожелают — советуем посмотреть в курсе физики, как необычно ведут себя различные составляющие формул. Часто формула — это настоящая казацкая вольная республика, где каждый заявляет о праве жить по своим законам. Одни составляющие формул желают использоваться только в виде постоянных величин, другие — в виде моментальных значений, третьи не признают отрицательных значений, четвертые могут быть только коэффициентами, тогда как пятые могут служить аргументами функций — и так далее.

Все это говорит о том, что при изучении формул надо в первую очередь изучать смысл физических явлений, которые эти формулы обозначают. Смысл достаточно ясно виден только на примерах.

Кроме анализа физических принципов иногда полезно сделать анализ на физический принцип. Вместо обычного, привычного метода иногда куда лучше работает какой-нибудь принцип из учебника физики. Примером могут служить хотя бы газовые рули на ракетах фон Брауна, использованные немецким конструктором вместо привычных механических рулей.

У самолета Ил-62 передняя кромка крыла имеет "изломанный" вид. В чем смысл этого излома? При переходе на стреловидное крыло обнаружилось, что поток встречного воздуха идет не под крыло, а скользит по крылу, срываясь с его конца. Чтобы загнать воздух под крыло, стали использовать перегородки. Но на пассажирском лайнере такие перегородки были бы слишком велики. Тогда обратились к физическому принципу. Излом на крыле создавал большой воздушный вихрь, препятствующий движению воздуха вдоль крыла.

Следующая стадия анализа — определение границ. При анализе следует помнить, что каждое правило имеет свои границы применения.

Во время операции по спасению экипажа подводной лодки "Курск" среди прочих удивительных сообщений прессы дважды промелькнуло утверждение, что капитан якобы хотел положить лодку на грунт. Позднее часть родственников погибших отказались принять участие в траурной церемонии, считая, что команда сама положила лодку на дно, и ее еще можно спасти. Ограничиваясь чисто технической стороной этой трагедии, заметим, что лодку, подобную "Курску", на дно класть было просто нельзя — поскольку после этого она вряд ли могла бы всплыть. Архимедова сила выталкивает вверх тело только потому, что давление воды на тело снизу больше давления сверху (эта разница появляется из-за разности в весе столба воды на разных глубинах). Если снизу не вода, а илисто-песчаный грунт, давить снизу нечему — остается лишь груз воды, которая с большой силой прижимает лодку к грунту! Лодки с круглым сечением, лежащие на небольших глубинах и на твердом грунте, могут всплыть без особых помех — но в случае с "Курском" все было иначе.

Это типичный пример "граничных условий" — в данном случае, области действия закона Архимеда. Ошибка прессы и родственников вполне объяснима — в школьном учебнике физики этот момент не освещен, поскольку учебник имеет склонность к формулам, а не к качественным процессам.

Другой пример граничных условий. Во время пожара на Останкинской телебашне пожарным мешало то, что проходы были очень узки. Архитекторы могли бы провести совсем небольшое исследование, чтобы найти оптимальные величины проходов. Английский ученый Дж. Джонс опубликовал в своей книге специальное исследование, посвященное проходам. Он установил, что любой человек с полным комфортом может пройти проход шириной 62,5 сантиметра. Меньшее расстояние допустимо — но это уже не свободный проход, и потому он имеет ограничения на применение: 40 сантиметров — касание стены, 37,5 сантиметра — придется повернуться, 35 сантиметров — проход преодолевается с трудом — с выдохом, приподниманием на цыпочки, поднятием плеч и локтей.

Французский архитектор Корбюзье, изучив этот вопрос установил, что 50 сантиметров стандартного прохода в средствах транспорта вполне достаточно, чтобы прошел человек любой комплекции, расстояние же шириной всего в 1 метр 83 сантиметра, то есть в человеческий рост, позволяет пройти большой толпе. Поскольку жилье связано с жизнью человека, Корбюзье рассчитал архитектурные размеры и пропорции в соответствии с человеческими размерами и пропорциями и неукоснительно руководствовался ими, создавая проекты зданий.

В конце 1940-х Корбюзье приступил к проектированию "жилого комплекса" — гигантского здания, в котором жилье размещалось вместе с предприятиями бытового обслуживанием и частично — с небольшими предприятиями. Подобная планировка освобождала окружающее пространство для зелени, расстояние до работы сокращалось до минимума. Но при проектировании столь массивного сооружения возникла проблема: население "жилой единицы" примерно в одно и то же время должно было отправиться на работу. Следовало сделать широкий проход, однако Корбюзье сделал его шириной всего в 1 метр 83 сантиметра, несмотря на критику других архитекторов. И оказался прав. В проходе к "жилой единице" действительно никогда не возникало заторов.