Новый физический фейерверк

ОТВЕТ • Когда ломается отросший ноготь, надлом стремится распространиться в том направлении, в котором требуется меньше энергии для отделения одних клеток от других. Ноготь состоит из трех слоев: нижний слой образован умеренно твердым кератином, более толстый средний слой — самым твердым кератином, а верхний слой — самым мягким. Прочность ногтя в основном определяется средним слоем, который состоит из длинных узких клеток, которые расположены поперек ногтя — их ряды тянутся справа налево. Для того чтобы отделить ряды этих клеток один от другого, нужно затратить меньше энергии (примерно вдвое), чем разорвать множество рядов поперек. Поэтому надломы идут вдоль рядов, а не поперек ногтя к лунке.

1.144. Смятая в шарик бумага

Возьмите лист бумаги, сомните между ладонями и скатайте из него шарик. Очень быстро наступит момент, когда вы не сможете сжимать его дальше, хотя в этом шарике все еще 75% воздуха. Что мешает вам сжать шарик еще больше?

ОТВЕТ • Когда вы сминаете бумагу, в ней образуются искривленные ребра (складки) и конические точки (пики). Для того чтобы переориентировать бумажные волокна в эту новую конфигурацию, требуется затратить энергию, а для преодоления трения между отдельными волокнами и между фрагментами листа требуется приложить силу. Можно сказать это и по-другому: энергия запасается в тех местах, где в бумаге возникают напряжения. Если вы расправите лист бумаги, вы увидите линии сгибов и помятости, где возникали напряжения.

Чтобы еще больше сжать бумажный шарик, нужно разрушить уже образованные складки и создать новые, а для этого придется затратить дополнительную энергию. Но перестроить волокна теперь еще труднее. В конечном итоге наступает момент, когда у вас уже не хватает сил — энергии — для того, чтобы сжать шарик еще больше. И тем не менее, если положить шарик под тяжелый пресс, он продолжит сжиматься в течение нескольких недель или даже лет. Волокна постепенно будут смещаться, как если бы они представляли собой расплавленную вязкую массу, похожую на жидкость. Это так называемое пластическое течение.

1.145. Примеры расширения при взрыве

Однажды профессор Джонс из Абердинского университета[22] вышел на улицу и увидел стакан воды. В руке у него случайно оказался пистолет, и ради развлечения он выстрелил в стакан, ожидая, что тот разлетится на множество осколков, как случается с пустым стаканом, когда в него попадает пуля. Вместо этого стакан с водой исчез. Позже он объяснял на своих лекциях, почему это случилось.

Через несколько лет инженеры из Королевского инженерного корпуса в Абердине решили снести высокую заводскую трубу, воспользовавшись для этого лекциями профессора Джонса, объяснявшими физику этого процесса. Они заложили взрывчатку на дно кирпичной трубы, затем заполнили трубу на два метра водой, рассчитывая, что взрыв разрушит фундамент и труба упадет на землю. Они оказались правы лишь наполовину. Нижние два метра трубы смело взрывом, да так аккуратно, что верхняя часть трубы осела и прочно встала прямо на обломки старого основания. И инженеры оказались перед еще более трудной задачей.

Почему и стакан, и нижние два метра трубы полностью уничтожило взрывом?

Серия потрясающих стробоскопических (последовательно снятых с короткими выдержками) фотографий доктора Эджертона из Массачусетского технологического института запечатлела то, что происходит с обычной лампочкой, когда в нее попадает пуля. Когда пуля проникает в колбу лампы, стекло в пулевом отверстии превращается в пыль, а потом небольшая часть этой пыли летит обратно в сторону пистолета, из которого был произведен выстрел. Разве из рассмотрения сил и импульсов не следует вывод о том, что пыль должна лететь исключительно туда же, куда и пуля?

ОТВЕТ • Когда пуля попадает в пустой стакан, стекло вокруг входного и выходного отверстий рассыпается в пыль, вдоль стенок стакана бегут трещины, и остальное стекло разлетается на осколки. Если стакан наполнен водой, жидкость не может освободить место для летящей пули и сопровождающей ее ударной волны. Поэтому вода расширяется и толкает стенки стакана, разбивая их в пыль, так что мельчайшие частички летят во всех направлениях. То же происходит и с кирпичами, расположенными в нижней части трубы на высоте до двух метров, когда веществам, образовавшимся при взрыве, внезапно требуется дополнительное пространство.

Распыленное стекло, летящее назад в демонстрациях Эджертона, тоже уносилось расширившимся газом, небольшое количество которого содержалось в колбе лампы.

1.146. Почему висящая на стене картина перекашивается?

Если вы повесите картину на короткой веревке на гвоздь, есть вероятность, что она со временем перекосится. Из-за чего ее положение неустойчиво? Можно ли ее как-нибудь уравновесить, не привязывая к гвоздю и не вешая на два вбитых на некотором расстоянии друг от друга гвоздя?