От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем

Опыт показал, что простодушие поэта неоправданно, а мир малых масс обладает рядом по-настоящему удивительных свойств. Например, если планета, столкнувшись с достаточно массивным объектом, может слегка изменить свою траекторию (многие геологи считают, что в далеком прошлом с Землей такой случай был), то электрон не может изменить свою «орбиту» слегка. Набор «орбит», возможных в данном атоме, четко фиксирован, и никакие промежуточные «орбиты» невозможны. Слово «орбита» взято в кавычки потому, что частицы в квантовой физике не имеют координат, а только вероятности обнаружения в месте с теми или иными координатами. Так, электрон, участвующий в формировании изображения в вашем смартфоне, с ничтожно малой, но все же отличной от нуля вероятностью может оказаться в смартфоне вашей мамы, которая в это время уехала погостить к подруге в Самару.

Удивительный мир квантовой физики, законы которого озадачивают даже профессионалов и объяснить которые наглядно практически невозможно, за несколько десятилетий до неузнаваемости изменил и привычный мир, окружающий нас. Компьютеры, спутниковое телевидение, планшеты и смартфоны – все это результаты исследования свойств твердых тел методами квантовой физики и использования этих свойств для решения актуальных технических задач.

Григорий Крученицкий, физик

№ 93. Почему самолеты летают и крыльями не машут?

Человеку давно хотелось научиться летать подобно птицам. Среди изобретений великого Леонардо да Винчи есть и конструкция «махолета» – механизма, который должен был перемещаться по воздуху, взмахивая крыльями. Но изобретатели самолетов пошли другим путем. Главным движущим элементом стал винт – набор прикрепленных к оси лопастей. Так, вертолет при помощи винтов, заменивших машущие крылья, отбрасывает воздух, отталкиваясь от него. Сила отдачи воздуха, она же – сила тяги, позволяет вертолету как зависать на месте, так и двигаться в нужном направлении. Однако движутся вертолеты намного медленнее самолетов, да и груза они могут взять на борт совсем немного.

Принцип «удержания» самолета при полете на одной и той же высоте совсем другой. Он связан с особым обтеканием корпуса и крыльев самолета воздухом. Именно на жестко связанные с корпусом крылья самолет «опирается» при движении в воздухе. Учитывая большой вес «железной птицы», количество обтекающего ее воздуха должно быть значительным, что, соответственно, требует большой горизонтальной скорости. Горизонтальную скорость обеспечивают вращающиеся винты (либо реактивные турбины), а вот противодействие силе тяжести обеспечивает совсем другой механизм. Главным здесь является специальная форма тела (поперечного сечения) самолета.

Представим заостренное тело цилиндрической формы, которое движется по воздуху в направлении своей оси. Цилиндр, «внедряясь» в покоящийся воздух, его уплотняет, одновременно создавая разреженность сзади. Упругий воздух, сжимаясь, выталкивается назад, и обычный цилиндр будет обтекаться воздухом одинаково со всех сторон. А если сверху цилиндра приделать «возвышение»? Тогда струи воздуха, обтекающие цилиндр, сверху будут двигаться быстрее, чем снизу. Потому что верхние струи воздуха, встречая на пути «выпуклости» корпуса, убыстряются как в сужающейся трубе.

Знаменитый швейцарский физик XVIII века Даниил Бернулли, описывая динамику жидкостей и газов, доказал, что «в потоке воздуха давление больше там, где скорость воздуха меньше». То есть в нашем случае – внизу, под цилиндром. Но сила, способная удержать движущееся сквозь воздух тело, определяется еще и площадью поверхности, вдоль которой эта разность давлений – меньшее сверху и большее снизу – будет приложена. И вот здесь на помощь цилиндрическому корпусу приходят крылья. Как известно, нижняя кромка крыла практически плоская, а вот верхняя его поверхность выпуклая («горбатая»).

Такая форма крыльев и обеспечивает необходимую подъемную силу цилиндру-самолету. У современных самолетов крылья могут менять форму при помощи дополнительных подкрылков, которые и помогают самолету менять высоту при движении.

Сергей Кротов, физик

№ 94. Почему молнии не используют?

Ежесекундно жители Земли наблюдают около 2000 молний. В среднем каждые 50 из них долетают до Земли с самыми непредсказуемыми последствиями. Средняя температура молнии приблизительно в 6 раз больше температуры Солнца. И хотя разряд молнии длится совсем малые доли секунды, сила тока в них громадна. Можно показать, что приносимая одной молнией энергия сопоставима с электроэнергией, потребляемой за месяц небольшой семьей. Неудивительно, что на ум может прийти фантастическая мысль: а нельзя ли хотя бы частью этой энергии распорядиться с пользой для человека?