Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

▲ Вода в движении. 1. В водяном пистолете вы нажимаете на широкий поршень с относительно большой силой. В результате вода поступает в более узкий цилиндр и выталкивается из пистолета с большой скоростью, но значительно меньшей силой. Гидравлические подъемники в гаражах работают по обратному принципу. В них вы оказываете давление на жидкость, находящуюся в узком цилиндре, которая давит на поршень, передающий давление в более широкий цилиндр, двигая стрелу башенного крана (или ковш экскаватора) вверх и вниз[41].

Наука и спортивные снаряды

Если вы не любитель самостоятельного ремонта, вы, скорее всего, с трудом различаете типы отверток и вовсе не интересуетесь техническими характеристиками дрели и вопросом, почему она работает. Но прожить без простых машин все же трудно. Вся кухонная утварь (от ножей, которые используют принципы рычага и клина, до миксеров, которые использует различные колесики и передачи) в большинстве своем основана на одних и тех же научных принципах. Они применяются и в вашем автомобиле: всевозможные рычаги, колеса, передачи и даже гидравлические тормоза (которые, по сути, являются теми же цилиндрами). Даже если вы расслабляетесь по выходным, вокруг вас опять же действуют принципы физики – когда вы занимаетесь бегом или плаванием, играете в футбол или гольф (во всех этих видах спорта руки и ноги человека используются как рычаги).

Если оставить в стороне все сложные вопросы стратегии и тактики игр с мячом, все они, по сути, сводятся к одному: как наиболее эффективно передать энергию от тела мячу (иногда используя бейсбольную биту или другое приспособление) так, чтобы он полетел как можно дальше по заранее заданной контролируемой траектории. В футболе вы используете свои ноги для того, чтобы применить в отношении мяча принцип рычага и сообщить ему импульс. Соотношение масс ноги и мяча определяет, насколько эффективно энергия передается мячу. Чем дольше соприкосновение вашей ноги с мячом, тем больше импульс, определяющий продолжительность приложения силы к объекту, и тем больше количество движения снаряда. Именно поэтому спортсмены так много внимания уделяют «сопровождению удара» (продолжению движения конечностей для продления контакта с мячом). Спортивный физик из Австралии Род Кросс подсчитал, что теннисисты, игроки в софтбол и бейсбол наиболее эффективно передают энергию тела мячу тогда, когда их руки примерно в шесть раз тяжелее биты, а бита примерно в шесть раз тяжелее мяча[42]. Вот почему мяч с такой скоростью отлетает после удара битой или теннисной ракеткой: вся энергия спортивных снарядов должна куда-то уходить.

Гольф освоить сложно, поскольку основной его прием – свинг, то есть замах с ударом, – основан одновременно на многих законах физики. Всё ваше тело вращается вокруг бедер, создавая эффект рычага, в тот же момент, когда вращается и ваша клюшка, также используя принцип рычага, но в другой плоскости. Клюшка передает свою энергию мячу в зависимости от того, насколько правильно и насколько долго она находится в контакте с ним. Как и в теннисе, здесь важно соотношение масс ракетки, клюшки и мяча. Плюс ко всему при ударе мы обязаны учитывать законы баллистики и аэродинамики (угол возвышения и полета мяча, при котором он пролетит наибольшее расстояние; то воздействие, которое оказывают на мяч специальные ямочки на его поверхности, которые в принципе должны делать его более устойчивым; эффект обратного вращения, или подкрутки и т. д.). Сложите все эти факторы, и вы получите сложную задачу, которую ваш мозг должен приучиться решать путем применения принципа «совершенство достигается только практикой».

Наука на службе спорта