Скрытый текст
В предыдущем видео мы провели эксперимент, в котором из одной из той же винтовки делали выстрел по двум одинаковым деревянным брускам: в первый стреляли точно по центру, а во второй – ближе к краю.
Если ещё не смотрели то видео, то сейчас самое время. Ищите ссылку в описании.
Вопрос такой: как высоко по сравнению с первым взлетит брусок, в который выстрелили ближе к краю?
Шестьдесят процентов зрителей решили, что он взлетит ниже.
Вроде бы ниже.
Теперь посмотрим в замедлении.
Да ну!
Совершенно очевидно, что оба бруска
Чтооооо?
поднялись на одну высоту.
Да как?
Девятнадцать процентов сказали, что брусок взлетит выше, и только двадцать один процент зрителей угадали, что бруски взлетят одинаково.
В общем, изначально почти все ошиблись, включая Генри, меня и дэстина, несмотря на наш опыт.
Ты не представляешь, сколько раз я стрелял по дереву из винтовки.
В общем, даже умные и опытные люди ошибаются.
Результат было трудно предугадать: у второго бруска, — того, который вращался,- в итоге оказалось больше энергии, чем у первого.
Я попросил зрителей снять видео-ответ с объяснением происходящего.
Вот что я получил…
Давайте представим, как пуля проходит через центр бруска…
Воу!
Видите, сколько роликов прислали?! Причем это ещё не всё!
Я чуть с ума не сошёл от такой реакции. Вы просто потрясающие! Ваши старания заслуживают огромного уважения.
Некоторые из вас воспроизвели эксперимент, пусть и с некоторыми отличиями.
О нем писали в интернет-изданиях, таких как саентифик америка и уайед.
Сделали интерактивную модель,
ссылочка в описании.
Про него даже нарисовали комикс!
Это так круто! Смотреть ваши видео-ответы – а я посмотрел каждый – было лучшим моментом в истории моего канала.
Так приятно было увидеть ваши старания ради науки.
Просто с ума сойти.
Это невероятно.
Спасибо вам огромное
Мне слов не хватит, чтобы рассказать, как это круто.
Так что в итоге?
Как в двух одинаковых брусках, в которые выстрелили из одной винтовки, оказалось разное количество энергии?
Некоторые из вас предположили, что количество энергии вращения здесь не важно.
Возможно, количество энергии, необходимое для вращения деревянного бруска, слишком мало по сравнению с количеством энергии, необходимым для его подъёма в воздух.
Мы можем это проверить. Второй брусок вращался с частотой около одиннадцати оборотов в секунду.
Кинетическая энергия вращательного движения этого бруска в верхней точке будет равна половине потенциальной энергии другого.
Получается, что брусок, который и взлетает и вращается, будет иметь в полтора раза больше энергии.
Слишком много, чтобы этим пренебречь.
В чём же тогда причина?
Некоторые из вас обнаружили, что если считать количество пикселей на экране, выходит, что бруски находятся на разной высоте.
Здесь возникает важный вопрос: какой должна быть разница в высоте, чтобы мы сказали, что она вообще есть?
Зная, что при вращении бруска количество кинетической энергии составит половину потенциальной, напрашивается вывод о том, что и высота составит половину.
Но на записи видно, что это не так. Высота одинаковая.
Чтобы увериться в этом, хорошо бы провести эксперимент несколько раз. Так и работает научный метод: мы проверяем несколько раз, чтобы понять, что речь не идёт о простой случайности.
Мы повторили эксперимент, и вот его результаты: здесь вы можете сравнить высоту, на которую подлетал каждый брусок.
Очевидно, что высота отличается.
Наверняка вы скажете: Дерек, да ты же просто провёл нас! Взял видео с самыми близкими результатами, и выложил именно их.
Да, именно это я и сделал.
Но если задать вопрос, будут ли вращающиеся бруски стабильно подлетать ниже не вращающихся, ответ очевидно будет «нет». Почему так?
Некоторые из вас предложили обратить внимание на сопротивление воздуха: так как брусок вращается, сопротивлению будет подвергаться меньшая часть его поверхности. То есть, даже при меньшей скорости этот брусок сможет взлететь на ту же высоту, что и не вращающийся.
Но если мы посчитаем по формуле, то увидим, что разница в сопротивлении воздуха будет максимум шесть десятых процента от веса бруска. Иными словами, маловато.
Так что же на самом деле? Зрители присылали мне ответы почти со всеми вариантами возможных факторов: силы, импульса и его момента, энергии.
А самый простой ответ – закон сохранения импульса. Смотрите: когда пуля вылетает из винтовки, она обладает определенным импульсом, вектор которого направлен вертикально. Даже когда пуля попадёт в брусок, импульс каждого из этих тел останется прежним.
Таким образом, неважно, куда именно попадает пуля. Важно, что до столкновения с бруском у неё был конкретный импульс, который она сохраняет при движении вверх. Иными словами, нам не важно, вращается ли брусок: важно, чтобы скорость пуль была одинаковой. Именно скорость влияет на импульс, и, соответственно, на высоту взлёта бруска –
обычное сохранение импульса. И так происходит всегда, с любыми телами. Доверьтесь Ньютону, и всегда учитывайте этот фактор.
Но и здесь вы можете возразить: раз брусок вращается, нельзя же забывать про момент импульса! Отвечаю: импульс и его момент независимы друг от друга и сохраняются тоже независимо.
Нам нужно учитывать только импульс пули: он и будет соответствовать импульсу каждого из брусков, направленному вверх. Нам совершенно не важно, есть ли вращение, и какой импульс у него: на высоту это никак не повлияет.
Хорошо. Но тогда почему у вращающегося бруска в итоге больше энергии?
С энергией всё хитро. Её сумма сохраняется, но вот составляющие – например, количество кинетической энергии, могут меняться.
Когда пуля попадает в брусок, её кинетическая энергия уменьшается: она уходит на звук, нагрев бруска и его деформацию.
Таким образом, если пуля будет тратить меньше кинетической энергии на звук, нагрев и деформацию вращающегося бруска, то в итоге именно кинетической энергии останется больше. Эту ситуацию легко представить: кажется, что если пуля попадает ближе к краю бруска, из-за начавшегося вращения его поверхность будет как бы убегать от пули.
Тогда пуля войдёт в брусок неглубоко, а значит, не потеряет столько энергии, сколько могла бы. У бруска будет больше кинетической энергии, благодаря которой он не только взлетит на ту же высоту, но и будет вращаться.
Давайте посмотрим, насколько глубоко пуля вошла в каждый из брусков.
Наша первая проверка.
Вот в этот пуля вошла прямо по центру.
— Смотри.
— Так.
— А тут выстрелили подальше.
— В этот брусок пуля попала ближе к краю.
— Не проходит.
Видишь?
— Давайте глянем ещё один.
— Хорошо!
Гвоздь заходит целиком.
А сюда частично.
— То есть во вращающийся пуля вошла неглубоко.
— И правда!
Это было убедительно!
Чтобы не осталось сомнений, мы просветили бруски рентгеном. Вот что вышло. Наложим изображения друг на друга, чтобы сравнить глубину отверстий от пули.
Постойте.
Кажется, пуля вошла в бруски на одну и ту же глубину.
Выходит, мы были неправы?
Давайте глянем, какой должна быть разница в глубине. Ведь при попадании в брусок пуля теряет девяносто семь процентов кинетической энергии.
Из того что осталось, на энергию вращательного движения уйдёт примерно один процент. Тогда разница в глубине вхождения пули тоже должна быть не больше одного процента. По нашим подсчётам, это примерно одна десятая миллиметра. Невооружённым глазом разницу не заметить, что и выходит.
Пусть этот ответ и не совсем соответствует ожиданиям, он верный.
Тем, кто не боится испытаний, предлагаю вопрос: как можно изменить эксперимент, чтобы разница в глубине проникновения пули была заметной?
Делитесь своими ответами в комментариях и не забывайте подписаться на наш канал!
Pages: 1 2
