Задачи-вопросы Каждый раз как происходит то или иное

Задачи-вопросы Каждый раз, как происходит то или иное явление, – особенно если это что-то новое, – вы должны задать себе вопрос: – в чём здесь причина? Почему так происходит? » и рано или поздно вы эту причину поймёте. Майкл Фарадей

Ранней весной, шагая по скользкой дорожке, Вы внезапно поскользнулись и начинаете падать на спину. Совершенно машинально Вы взмахиваете руками, и таким образом избегаете падения (или, увы, нет). Опишите, какие движения руками наиболее оптимальны в этой ситуации, и объясните, почему они помогают восстановить равновесие. Если Вы поскользнулись и падаете назад, то помочь Вам восстановить равновесие может направленная вперёд сила, приложенная к верхней части корпуса. Роль такой силы выполняет сила взаимодействия Ваших рук с корпусом. Действительно, в первый момент Ваши руки после взмаха вверх резко двигаются назад и вниз, поэтому со стороны корпуса на руки действует сила, создающая необходимое (и довольно значительное) ускорение, направленное назад и вниз. Противоположно направленная сила, действующая на корпус со стороны рук, позволяет Вам восстановить равновесие и прекратить начавшееся скольжение. В следующий момент сила трения покоя, заметно превышая силу трения скольжения по льду, обеспечивает погашение количества движения, приобретённого руками в момент взмаха.

Камень, брошенный в стоячую воду, порождает волны, разбегающиеся кругами. Какой формы получаются волны от камня, брошенного в текущую воду реки? Если не найти сразу правильного подхода к этой задаче, то легко запутаться в рассуждениях и прийти к выводу, что в текущей воде волны должны вытянуться в форме не то эллипса, не то овала, притуплённого навстречу течению. Между тем, внимательно наблюдая за волнами, разбегающимися от брошенного в реку камня, мы не заметим никакого отступления от круговой формы, как бы быстро ни было течение. Здесь нет ничего неожиданного. Простое рассуждение приведёт нас к выводу, что волны от брошенного камня должны быть круговые и в стоячей, и в текущей воде. Будем рассматривать движение частиц волнующейся воды как составное из двух движений: радиального – от центра колебаний – и переносного, направленного по течению реки. Тело, участвующее в нескольких движениях, в конечном итоге перемещается туда, где очутилось бы оно, если бы совершало все составляющие движения последовательно, одно за другим. Поэтому допустим сначала, что камень брошен в неподвижную воду. В таком случае волны, конечно, получатся круговые. Представим себе теперь, что вода движется – безразлично, с какой скоростью, равномерно или неравномерно, лишь бы движение это было поступательное. Что произойдёт с круговыми волнами? Они передвинутся параллельным перемещением, не претерпевая никакого искажения формы, то есть останутся круговыми.

Если паровоз не может сразу сдвинуть тяжёлый состав с места, то машинист использует следующий приём: он даёт задний ход, а затем, толкнув состав немного назад, даёт передний ход. Почему этот приём позволяет сдвинуть состав с места? Тяжёлый железнодорожный состав из-за большой силы трения покоя трудно сдвинуть с места, если сцепки между вагонами находятся в натянутом состоянии: сила тяги паровоза должна сообщить ускорение всем вагонам состава сразу и преодолеть трение покоя всего состава. Если сначала дать задний ход, то сцепки между вагонами будут ослаблены и паровоз может сообщать ускорение каждому вагону поочерёдно.

Почему при сбивании яичные белки из жидкости превращаются в густую пену? Приготавливая, например, пирожные безе, белки взбивают до тех пор, пока они не начнут «стоять» (когда сбивалку вынимают из белка, пена оказывается настолько густой, что буквально «стоит колом» ). Каким образом взбивание делает белок таким плотным? Другой аналогичный вопрос: в результате чего яичный белок − прозрачная бесцветная жидкость − превращается в белое, почти твердое вещество, когда вы, скажем, жарите яичницу? Молекулы в яичном белке запутаны, как макароны. Когда белок сбивают или нагревают, молекулы расправляются и начинают сильнее притягивать друга, поэтому белок становится жестче.

«Поющий бокал» . Почему винный бокал «поет» , если провести мокрым пальцем вдоль его края? Что именно вызывает звучание бокала и почему палец при этом должен быть влажным и не масляным? Что определяет частоту звука? Каковы колебания кромки бокала: поперечные или продольные? Палец возбуждает продольные колебания, распространяющиеся вдоль кромки. При этом возникают также поперечные колебания, перпендикулярные кромке. Последние вызывают движение жидкости. Пучности поперечных колебаний, а следовательно, и пучности колебаний жидкости, расположены в 45° от пучностей продольных колебаний. Так как в том месте, где палец касается кромки бокала, находится пучность продольных колебаний, пучность колебаний жидкости смещена от пальца вдоль кромки бокала на 45°.

Хула-хуп. Благодаря чему хула-хуп крутится и не падает. Сначала резким броском вы заставляете его вращаться у пояса, а затем удерживаете вращательным движением бедер. Должна ли начальная скорость обруча быть больше той, с которой он будет вращаться в дальнейшем? Как вы поддерживаете его движение? Совпадает ли вращение обруча по фазе с вращением вашего тела? Какова минимальная скорость движения вашего тела? Вращение хула-хупа поддерживается колебательным движением точки соприкосновения кольца с телом. При своем движении эта точка опережает вращение кольца вокруг тела. Начальная скорость хулахупа должна быть больше, чем скорость установившегося вращения.

Бумеранги. Возвращающийся бумеранг сконструирован так, что, когда его бросают на большое расстояние, он возвращается обратно к тому, кто его бросил. Обязательно ли бумеранг должен иметь такую форму? Можно ли сделать возвращающийся бумеранг Х− или Y−образным? Большинство бумерангов предназначены для бросания правой рукой. Какова разница между бумерангами для «правши» и для «левши» ? Почему возвращается бумеранг (любой формы)? Почему при возвращении он делает мертвую петлю? Наконец, как зависит траектория полета бумеранга от его ориентации в момент броска? Праворучный бумеранг бросают в вертикальной плоскости, придавая ему вращение вокруг горизонтальной оси. Поскольку бумеранг имеет профиль крыла, на него действует направленная вбок «подъемная сила» , причем на верхнюю часть в большей степени, чем на нижнюю, так как верхняя часть движется в том же направлении, что и весь бумеранг, а нижняя − в противоположном. В результате возникает момент сил, стремящийся наклонить бумеранг, однако он не наклоняется, а весь смещается вбок, сохраняя вертикальное положение. Если смещение будет достаточно большим, то бумеранг совершит полет по замкнутому кругу.

Если дотронуться до холодного металла, например до ванночки для льда, только что вынутой из морозилки, то палец может примерзнуть к нему. Почему палец «прилипает» к ванночке? Насколько холодным должен быть металл, чтобы палец примерз к нему? Когда мы прикасаемся к холодной металлической поверхности, имеющаяся на коже влага замерзает и поэтому палец может «примерзнуть» к предмету. Примерзание к металлу происходит с большей вероятностью, чем, скажем, к дереву, поскольку теплопроводность металла велика и тепло быстро отводится от кончика пальца

Почему снежинки имеют форму шестиугольника или шестиконечной звездочки? Почему все шесть концов снежинки совершенно одинаковы? Как в процессе роста снежинки одна сторона «узнает» , что делают ее соседи? Гексагональная структура снежинок определяется гексагональной «упаковкой» молекул воды, образующих снежинку. Как только возникает начальный «зародышевый» кристалл, молекулы воды собираются в его углах и постепенно нарастают, образуя «веточки» снежинки, Форма снежинки зависит от скорости ее падения, температуры и концентрации водяных паров. Однако конкретный характер этих зависимостей мало изучен. Симметрия снежинок свидетельствует о том, что условия присоединения молекул и роста ветвей в пределах одной снежинки должны быть всюду одинаковы.

Почему перелетные птицы летят V-образным строем? Должна ли форма стаи быть симметричной, если такая форма обусловлена законами аэродинамики? Нужно ли при этом, чтобы все птицы стаи синхронно взмахивали крыльями? Какие преимущества имеет «клин» перед другими построениями − скажем, «гуськом» или зигзагом? Почему птицы не летают «косяками» , как плавают рыбы? Когда птица совершает крылом мах вниз, за крылом образуется восходящая струя, которая остается позади птицы. Смысл полета «клином» заключается в том, что птица, летящая следом, использует оставляемую первой восходящую струю. Таким образом все птицы, кроме вожака, который летит первым, могут экономить энергию.

Боярин Орша. Михаил Юрьевич Лермонтов «…Светает. В поле тишина. Густой туман, как пелена С посеребрённою каймой, Клубится над Днепром-рекой…» Почему над рекой образуется туман? Почему туман над рекой имеет «посеребрённую кайму» ? Ночью воздух над поверхностью воды охлаждается больше, чем сама вода, и его температура оказывается ниже. Потому с тёплой водной поверхности в холодный воздух испаряется водяной пар, который в воздухе конденсируется в капельки тумана. По краям области, занимаемой туманом, плотность его меньше. Солнечные лучи проникают сквозь граничные области тумана и создают впечатление, будто туман имеет «посеребрённую кайму» .