Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Физика»Содержание №5/2008

Материал к уроку

Почему же, почему?..

Почему же, почему?..

Почему же, почему?..

? Если в плотной бумаге сделать маленькое отверстие, поднести его к глазу и смотреть сквозь него, вращая листок, то на фоне облачного неба увидишь сетку капилляров на сетчатке. Что это за явление?

Ответ. Это чудесное явление известно как тени Пуркинье (в честь чешского физиолога и нейроанатома). Оно, кстати, показывает, что наш мозг – вовсе не идеальное устройство. Проникая в глаз, свет, прежде чем попасть на фоторецепторы, проходит сквозь нервные волокна и кровеносные сосуды. Картинка, которую вы видите, смотря в движущееся отверстие, означает, что кровеносные сосуды отбрасывают тень. Конечно, Cоздатель не предполагал сделать такой дефект. Например, глаз осьминога устроен совсем по-другому, так что возникает мысль, не задумывал ли Создатель головоногих как более высокую форму жизни, чем человека? Почему же мы не видим теней кровеносных сосудов, если смотрим обычным образом? Дело в том, что наш глаз не может регистрировать стационарную картинку. Мы видим неподвижные предметы, например, статую или дверь, только потому, что глаз непрерывно совершает множество мелких движений, в результате которых изображение непрерывно движется по сетчатке. Кровеносные сосуды жёстко связаны с глазом и движутся вместе с ним, поэтому и не регистрируются. Если с помощью сложного оборудования, отслеживающего глазные движения, сделать изображение на сетчатке полностью неподвижным, изображение пропадает. Это известный эффект Трокслера. Если обездвижить наши глаза, мы ослепнем. Неплохое устройство нам досталось?

Когда мы двигаем отверстие относительно зрачка, меняется направление попадающих на него, а значит, и на сетчатку световых лучей. В результате возникает эффект «движения» капилляров относительно сетчатки, и мы их видим. Ещё лучший способ увидеть свои глазные капилляры – поднести к белку яркий точечный источник света.

NewScientist.com.16Jan2007

? Когда мы подогреваем пищу, то её энергия увеличивается, следовательно, должна увеличиваться и калорийность. Буду ли я больше толстеть, употребляя горячую, а не холодную пищу?

Ответ. Доля тепловой энергии при метаболизме ничтожна. То, что мы называем калорийностью, рассчитывается на самом деле не в калориях, а в килокалориях. Килокалория – это количество теплоты, необходимое, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 °С. В 1 г протеинов или углеводов содержится 4 ккал, в 1 г жира – 9 ккал, в 100-граммовом гамбургере – 500 ккал, а чтобы нагреть его с 25 до 70 °С, температуры приготовления, требуется лишь 4,52 ккал (18,8 Дж). При этом б?льшая часть дополнительной тепловой энергии в горячей пище потеряется до того, как вы начнёте её есть. Если бы всё было так просто, то худеть можно было бы, просто выпивая время от времени ледяную воду.

Ответ 2. Да, действительно, если мы съели кусок мяса массой 100 г, то организму потребуется примерно 1,7  ккал количества теплоты, чтобы нагреть его с 20 до 36,6 °С, но это лишь 0,05% от энергии, ежедневно получаемой нами с пищей.

Ответ 3. Энергия, содержащаяся в углеводах, липидах, нуклеиновых кислотах и протеинах, высвобождается при разрыве ковалентных химических связей в ходе метаболичесских процессов в триллионах клеток нашего организма. Эту энергию принято выражать в пищевых калориях, эквивалентных химическим (и физическим. – Ред.) килокалориям. Количество пищевых калорий не зависит от температуры. Иначе проблема голода в мире была бы легко решена: достаточно было бы просто есть некалорийную, но горячую пищу.

NewScientist.com.17Dec2005

? Рулевое колесо у всех колёсных видов транспорта расположено впереди, а у водных судов, даже не имеющих винта, и большинства планеров – сзади. Почему?

Ответ 1. Система управления лишь создаёт силу, постоянно действующую на транспортное средство, и в принципе не имеет значения, где её разместить – впереди или сзади. Есть примеры тандемов, когда органы управления размещаются и спереди, и сзади на одном и том же транспортном средстве, например: вертолёт Chinook, судно на воздушной подушке SRN4, роликовая доска. Есть, хотя и в небольшом количестве, такие тандемные (с двойным управлением) автомобили, велосипеды и мотоциклы. В большинстве самолётов и вертолётов рулевое управление расположено впереди, потому что направление полёта изменяется путём изменения положения элеронов (шарнирно закреплённых плоскостей на крыльях самолёта) или наклона несущего винта вертолёта. Задний элерон и задний винт используются только для балансировки воздушного аппарата.

На водных судах перо руля располагается сразу после винта, чтобы можно было управлять даже на малом ходу. Однако на безмоторных яхтах перо руля можно ставить и спереди, может, даже такая конструкция была бы более эффективной, т.к. перо находилось бы в невозмущённом потоке, – зато оно бы было и менее защищено. На быстроходных судах типа скутеров в воду погружена только кормовая часть, так что вопроса о том, куда ставить руль, не стоит. На судах с подводными крыльями руль может стоять в любом месте. На судах без винта, например, на водомётах, направление движения изменяют поворотом сопла, так что оно обязательно должно быть сзади. На вилочном погрузчике руль сзади, т.к. это обеспечивает меньший радиус поворота и фиксацию наиболее нагруженных колёс. На практике место расположения рулевого механизма определяется из соображений экономичности, традиций и конструктивных особенностей. Танки, тракторы, бульдозеры и другая гусеничная техника, так же, как и гребные суда, могут управляться органами, размещёнными как сзади, так и спереди.

Ответ 2. Чтобы изменить направление движения любого транспортного средства, надо найти возможность приложить к нему боковые силы. То есть необходимо, чтобы была внешняя среда, в которую можно было бы «упереться». Автомобиль «упирается» в дорогу четырьмя колёсами, и, изменяя положение передних колёс, можно повернуть вправо или влево, а задние колёса следуют за передними. В отличие от автомобиля судно контактирует с водой по всей длине корпуса, так что его лучше уподобить не всему автомобилю, а лишь одному колесу. Чтобы создать относительно большую боковую силу, надо сдвинуть всё судно вправо или влево. Это нельзя сделать с помощью внешнего вращающего момента, как в случае с колесом автомобиля, потому что нет внешнего фиксированного тела, относительно которого этот вращающий момент бы действовал. Проблема решается с помощью пера руля, расположенного сзади: когда его отклоняют, создаётся малая боковая сила, приложенная к точке, находящейся далеко позади центра масс судна. В результате судно целиком начинает поворачиваться под действием этой малой силы и по мере вращения боковая сила увеливается. Этот механизм действует независимо от того, где расположен орган управления – спереди или сзади, но в любом случае управляющее усилие мало: сила, поворачивающая судно, создаётся взаимодействием всего корпуса судна с окружающей его водой.

Перо руля обычно располагают сзади, потому что при этом получается более надёжное управление. Перо руля ставят впереди только в особых случаях, например, на некоторые ракеты, вместе с системой наведения на цель, системой управления и автопилотом.

NewScientist.com.19Nov2005

Cокр. пер. с англ. Н.Д.КОЗЛОВОЙ