Новый физический фейерверк

До тех пор пока вы не отработаете технику метания, при каждом броске вы будете получать разную начальную скорость полета и скорость вращения. Это значит, что только удача поможет вам поразить цель, находящуюся на определенном расстоянии. Но забавная особенность томагавка состоит в том, что отношение начальной скорости к скорости вращения не зависит от того, насколько быстро вы выбрасываете вперед руку с томагавком. Это означает, что независимо от того, как вы бросите его, он в любом случае повернется и окажется в нужном положении, чтобы поразить цель на определенном расстоянии от вас. Так что все, что вы должны сделать, чтобы поразить эту цель, – встать на нужном расстоянии от цели (его можно определить методом проб и ошибок или рассчитать) и бросить томагавк. Возможно, вы и сумеете попасть в цель с первой попытки.

Конечно, в те времена, когда томагавки использовались в качестве боевого оружия, а у индейцев не было возможности изменить расстояние до цели, они меняли положение головки томагавка относительно своей руки. Расстояние от головки томагавка до руки определяет, на каком расстоянии томагавк окажется в боевом положении и сможет поразить врага. Чтобы в условиях боя суметь «настроить» томагавк на любое расстояние до цели, нужно, чтобы ручка томагавка была длинной. И действительно, первые томагавки имели длинные ручки.

1.30. Болас

Болас (он же боло) состоит из трех тяжелых шаров, к которым привязаны прочные веревки одинаковой длины, соединенные в одной общей точке (рис. 1.9а). Это орудие родом из Южной Америки, и пользуются им так: берут один из шаров в руку, поднимают его над головой и крутят кистью руки, раскручивая тем самым остальные два шара в горизонтальной плоскости. Как только шары достаточно раскрутятся, болас отпускают в цель. В полете скорость вращения боласа возрастает, и когда он достигает цели, веревка наматывается на жертву, а следом в нее с силой врезаются и шары. Почему в полете скорость вращения шаров увеличивается?

Рис. 1.9 / Задача 1.30. Положение шаров боласа a) при запуске и б) в свободном полете.

ОТВЕТ • Пусть длина веревок от точки крепления каждого из шаров до точки соединения всех веревок будет равна L. Поскольку один из шаров (первый) находится в руке, два других шара (вместе) начинают вращение вокруг первого шара, и расстояние между ними и первым шаром равно 2L. Но когда болас бросают, шары отправляются в свободный полет, конфигурация двух вращающихся шаров вокруг одного становится неустойчивой и вскоре заменяется на равновесную. Это значит, что три шара расположатся симметрично относительно точки соединения веревок на расстоянии L от нее и начнут вращаться вокруг этой точки (рис. 1.9б). При этом изменении конфигурации меняется распределение масс шаров относительно их общего центра масс. А поскольку болас летит свободно, его угловой момент не может измениться, и, следовательно, при уменьшении расстояния шаров до центра масс должна увеличиться скорость вращения. Это похоже на вращение фигуриста на льду, прижимающего руки к телу, чтобы изменить распределение масс и тем самым увеличить скорость вращения.

1.31. Осадные орудия

Представьте, что на дворе Средневековье и вам необходимо взять неприступную крепость. Слишком близко к крепости подходить опасно, поскольку на стенах засели лучники. Как можно атаковать крепость издалека?

ОТВЕТ • Для атаки на укрепленные стены существовало два вида осадных орудий: катапульта и фрондибола. Катапульта – это по сути мощный лук, который выстреливал стрелой или камнем (до 25 кг). В отличие от лука, в основе ее конструкции лежит рычаг, вставленный в канат из пучков воловьих жил или конского волоса. Такие машины называются торсионными, в них используется упругая энергия, запасающаяся при скручивании канатов за счет растяжения жил. Катапульта гораздо больше обычного лука, ее стрела могла быть длиной до 2 м, а тетива оттягивалась назад при помощи лебедки. И все же разрушения, вызванные стрелой, были намного меньше, чем ущерб от 25-килограммового камня, поскольку и энергия, и импульс стрелы невелики.

Фрондибола (требушет) обладала гораздо большей разрушительной силой, чем катапульта: некоторые машины могли метать камни весом около 1300 кг. Иногда с ее помощью запускали дохлых лошадей и даже человеческие трупы – это делалось, например, когда у одной из враждующих сторон начиналась эпидемия и заразу хотели распространить в лагере противника. Во времена не столь давние фрондиболы использовались для забавы – например, чтобы забросить куда-то пианино или даже небольшой автомобиль.