Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

Статья ученых из Аризоны, судя по всему, дает окончательный ответ на вопрос, что происходит при щелчке кнута. Пока другие ученые подсчитывали, что крекер кнута якобы движется в воздухе со скоростью звука и порождает сверхзвуковой хлопок, Горьели доказал: самая быстрая часть кнута — это петля, образующаяся при резком движении руки, которая держит кнут; она движется со скоростью, вдвое превышающей скорость звука. Физический процесс формирования петли напоминает движения хвостика сперматозоида, направляющегося к яйцеклетке, хотя никто никогда не измерял мизерные сверхзвуковые хлопки, сопровождающие это перемещение.

Есть старая загадка: «Какая часть машины движется в два раза быстрее самой машины?» Ответ: «Верхние части колес». Нижняя часть колеса хоть на миг да оказывается неподвижной (допустим, машина в данный момент не скользит), ось движется вперед со скоростью, скажем, 60 километров в час, в таком случае верхняя часть колеса должна двигаться со скоростью 120 километров в час. Точно так же, когда петля кнута движется от рукояти до кончика, ее верх развивает вдвое большую скорость. А поскольку кончик кнута сужен, петля по мере движения от более широкой к более узкой части ускоряется, причем ее скорость может в 30 раз превышать изначальную.

Как это часто происходит в науке, найденный ответ порождает новый вопрос. А что, если хлопок мокрого полотенца — тоже результат превышения скорости звука? В 1993 году группа школьников из Северной Каролины сделала высокоскоростные снимки краешка хлопающего полотенца и доказала, что, когда возникает хлопок, полотенце действительно движется быстрее звука. Оставим в стороне тот вариант, что это, скорее всего, был просто удобный повод похлестать друг друга полотенцами; в любом случае впоследствии возникло подозрение, что предмет, которым «хлопали» школьники, вряд ли был простым полотенцем, — похоже, его соорудили после того, как первая попытка преодолеть звуковой барьер при помощи полотенца провалилась. В докладе, который подготовили школьники, упоминается, что они «изготовили новое, более длинное полотенце из куска хлопковой простыни». Очень похоже на то, что горе-исследователи просто подтасовали результаты. Возможно, доктору Горьели пора в очередной раз прийти на помощь науке. Уж он-то точно рассчитает скорость распространения звука в полотенцах.

Пожалуй, самая неожиданная идея, возникшая при изучении сверхзвуковых хлопков, касается одного из видов динозавров — апатозавров (больше известно их устаревшее название — бронтозавры), которые, возможно, щелкали хвостом как кнутом, чтобы произвести сверхзвуковой хлопок и тем самым передать сигнал другим динозаврам. Длина тела апатозавтра составляла около 30 метров, и половина этой длины приходилась на хвост. Тот, кому доводилось видеть в музее скелет крупного динозавра с сохранившимся хвостом, наверняка замечал, что позвонки к концу хвоста делаются все меньше и меньше, прямо как кнут. Смоделировав ситуацию на компьютере, ученые пришли к выводу, что волна, проходящая по такому хвосту, могла достигать скорости 2000 километров в час, а этого достаточно, чтобы устроить сверхзвуковой хлопок, по громкости не уступающий выстрелу корабельной пушки. Это предположение подтверждается самим видом позвонков на кончике хвоста — той его части, которая движется быстрее всего и испытывает наибольшую нагрузку. Позвонки как будто сплавились в единое целое — вероятно, в результате регулярно повторяющихся нагрузок при преодолении звукового барьера. Эта теория содержит вдобавок еще одно интересное предположение: самцы динозавров могли использовать сверхзвуковой хлопок для привлечения партнерши. Примерно у половины найденных на сегодняшний день скелетов апатозавров хвостовые позвонки были сросшимися. А благодаря недавно найденным в Вайоминге двум скелетам — самца и самки — выяснилось, что такой анатомической особенностью обладал только самец.

В чем разница между гипотезой и теорией?

Если вы выстроите костяшки домино в ряд слева направо, а потом толкнете самую левую костяшку, она упадет на следующую, уронив ее, движение передастся третьей, и так далее, пока волна не прокатится по всему ряду и не упадет самая правая костяшка. Наиболее очевидное объяснение этого процесса таково: толкнув первую костяшку, вы смещаете центр ее тяжести вниз, а при падении ее на вторую костяшку давление от соприкосновения выводит из равновесия и вторую костяшку, и так далее. Любой наблюдающий за этим феноменом где-то на уровне интуиции поймет, почему все это происходит.