Ospravedlňujeme sa, Sandra Bullock: Hasiaci prístroj je mizerný pohon


Predpokladajme, že ste astronaut vo vesmíre. Nemáte s vami nič okrem vašich úmyslov a … hasiaceho prístroja? Prečo existuje hasiaci prístroj? Pretože to je to, čo Sandra Bullockova charakter má vo filme Gravitácia. Vzhľadom na to, že hasiaci prístroj vypúšťa plyn (zvyčajne na ohňom), môže byť použitý aj na vytváranie ťahu a pomáhajú manévrovať vo vesmíre. Ale skutočne to funguje? To je to, čo MythBusters, pre ktorého som vedecký konzultant, sa rozhodol vyskúšať v nedávnej epizóde.

MythBusters začali tým, že sa pokúšali vytvoriť podobnú situáciu na povrchu Zeme. Použili listové dúchadlo na výrobu jedného človeka vznášadla (nie je príliš ťažké postaviť si sám). Nechali ho uvoľniť na klzisku, čo celkom eliminovalo trecie sily. Potom použili hasiaci prístroj na ťah a pokúsili sa manévrovať na ľade.

Ukázalo sa, že hasiaci prístroj nebol taký skvelý na ovládanie pohybu vznášadla. Nikto nemohol vyhnúť prekážkam nastaveným na ľade. Problémy s hasiacim hasiacim prístrojom sú dvojaké: Po prvé, nevytvára tak silno na vznášadlo. Takže by ste museli vytvoriť silný čas na dosiahnutie výraznej zmeny v pohybe. Po druhé, spôsob, akým sila mení pohyb objektu, nesúhlasí s našimi základnými intuíciami o sile. Je to druhá časť, ktorá znemožňuje lietanie hasiaceho prístroja v priestore.

Môžeme získať dobrý model toho, ako sily robia veci posúvaním vášho celého života. Áno, urobme to práve teraz. Pre každú udalosť, ktorú ste pozorovali, sa zdá, že sily dodržiavajú nasledujúce pravidlo:

Ak stlačíte niečo, pohybuje sa v smere tlačenia. Ak ho prestanete tlačiť, zastaví sa.

Zdá sa, že tento silový model pracuje takmer nepretržite. Jeden prípad, keď nefunguje, je s vznášadlom na ľade. V takomto prípade je vznášadlo vznášané, aby sa dostalo do pohybu. Potom sa človek prestane tlačiť – ale vznášadlo JUST KEEPS MOVING! Úprimne si myslím, že to je dôvod, prečo ľudia majú ľad. Veci na ľade nesledujú naše bežné modely sily.

Keďže tento model "sily sa rovná pohybu" nefunguje na ľade, zjavne to nie je najlepší model. Tu môžem opísať model s lepšou silou s tromi gifami.

Konštantná sila dopredu

Vezmime vozík s nízkym trením (takmer bez trenia) a stláčame s konštantnou silou. Tu je to, čo sa stane.

Rhett Allain

V prípade, že nemôžete povedať, vozík sa zvyšuje rýchlosťou. Úprimne povedané je pre ľudí ťažké zistiť zmeny rýchlosti. Zvyčajne prerušujeme pohyby do troch kategórií: nepohybujeme, pomaly, rýchlo. Ale ver mi. Tento vozík sa zvyšuje rýchlosťou. Ak stlačíte objekt silou v rovnakom smere, ako sa objekt pohybuje, urýchli sa.

Konštantná spätná sila

Tu je ten istý vozík, ale teraz ventilátor tlačí opačným smerom. Musím dať vozíku tlak, a potom sa to stane.

Rhett Allain

V tomto prípade spätná sila spôsobuje, že sa vozík spomalí. Spomaľuje toľko, že sa nakoniec zastaví. Akonáhle sa zastaví, vozík sa začne pohybovať späť doprava a zrýchľuje – pretože je teraz silou dopredu.

Bočná sila

Nemohol som to urobiť s vozíkom, takže som použil yo-yo miesto. Tu je pohľad zhora na yo-yo pohybujúce sa v kruhu.

Rhett Allain

Sila na yo-yo je z reťazca a vždy sa ťahá v smere kolmom na pohyb yo-yo. To znamená, že yo-yo neustále mení smer, aj keď sa väčšinou pohybuje rovnakou rýchlosťou. Čo sa stane, keď som pustil reťazec? Už bez bočnej sily sa yo-yo vráti k pohybu v priamke pri konštantnej rýchlosti (väčšinou konštantnej).

Čo majú všetky tri prípady spoločné? Sila vždy zmeny pohyb objektu. Je to buď zrýchlenie, spomalenie alebo zmena smeru. Samozrejme, že je to jeden zo základných modelov vo fyzike – že celková sila na objekte je úmerná rýchlosti zmeny rýchlosti.

Takže, prečo ľudia to tak zle? Nie sme takí zlí v tom, ako robiť modely, ale máme problém vidieť trenie ako silu. Keďže trenie je takmer všade, myslíme si, že stláčanie s konštantnou silou spôsobuje, že sa niečo pohybuje konštantnou rýchlosťou. V skutočnosti je v tomto prípade nulová čistá sila. Sila, ktorá tlačí, vyvažuje treciu silu, aby v podstate nemala žiadnu silu. Žiadna sila neznamená žiadnu zmenu v pohybe. Ale napriek tomu je spôsobené vždy prítomným trením.

Otestujte svoj vlastný model sily

Ok, mám to. Nemohli ste byť na sade, keď MythBusters testovali svoje vznášadlo s hasiacim prístrojom. Nebojte sa, ani tu som nebola. Ale mám ďalšiu najlepšiu vec – simulátor hasiaceho prístroja. Áno. Robil som to pre teba.

Tu je návod, ako to funguje. Po kliknutí na tlačidlo Spustiť sa veľký disk začne pohybovať doprava. Z hasiaceho prístroja, ktorý sa tlačí v smere šípky, existuje stála sila. Pomocou myši môžete túto šípku presunúť v akomkoľvek smere, o ktorom si myslíte, že je najlepšie. Teraz sa môžete vyhnúť tejto stene? Tu je vaša šanca.

Myslím, že mám ešte niekoľko komentárov k tomuto programu.

  • Pamätajte, že šípka je smerom sily. Nie je to smer, ktorým by ste ukazovali hasiaci prístroj.
  • Môžete sa pozrieť na kód, ak vás robí šťastným. Upozornenie: Mám zmätenosť pri pridávaní tlačidiel, interakcií s myšou a podobne.
  • Tlačidlá na pozastavenie a resetovanie by mali fungovať.
  • Nič v kóde vám zabraňuje jednoducho prejsť cez stenu. Neexistuje žiadna stena, nie je lyžica. Je to len pre dekorácie.
  • Nie, nie je možné vypnúť hasiaci prístroj. Zostáva na 20 sekúnd.

Môžete vidieť, že nie je nemožné vyhnúť sa múru, ale nie je ani triviálne. Len si predstavte, či sa vznášadlo vznášalo. Bolo by to bláznivé. Mohli by ste zmeniť rýchlosť otáčania vznášadla s hasiacim hasiacim prítlakom, ktorý nebol nasmerovaný do stredu hmoty. Tým by sa vyvinul vonkajší krútiaci moment A a vonkajšia sila. Kódovanie, ktoré by bolo trochu zložitejšie, hoci som opustil túto časť.


Ďalšie skvelé príbehy WIRED