Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Вот казалось бы, простенькая физическая задачка. Но при этом довольно интересная и демонстрирует наличие базового понимания механики Ньютона. Ну или его отсутствие.
Представьте себе, что вы накачиваете колесо автомобиля воздухом. Логично, что воздух после этого оказывается внутри баллона. Когда автомобиль поедет воздух гипотетически может или начать вращаться вместе с колесом, или будет сохранять состояние покоя и внешняя «оболочка» шины или камеры начинает вращаться отдельно от него.
Мысли о том, что воздух вообще может вести себя как-то иначе, кроме как вращаться вместе с шиной, появляются из некоторого накопленного жизненного опыта. Если положить на вращающуюся карусель что-то тяжелое, то этот предмет будет некоторое время вращаться с платформой аттракциона, а потом свалится. Давайте проанализируем действующие силы.
С одной стороны мы должны помнить первый закон Ньютона. Согласно этому закону, любое тело, имеющее массу, обладает инертностью. Это означает, что оно будет стремиться сохранить состояние покоя или равномерного движения. Или, говоря ещё проще — если тяжелый камень лежит на платформе, которая начинает вращаться, этот камень будет стараться остаться в той же точке пространства, где он и был.
Но всё не так просто. Помимо инертности камень испытывает и воздействия от внешних силы. С одной стороны гравитация прижимает его к платформе, а с другой стороны появляется центробежная сила. Этой силе противопоставляется сила нормального трения.
Просто чтобы освежить в памяти отметим, что будь платформа идеально скользкая, она не смогла бы сообщить камню вращение. При этом если бы камень находился в невесомости и просто «болтался» в пустоте, то и тогда бы для его смещения требовалось приложить силу, чтобы справиться с первым законом.
Но вернемся к платформе. Чем быстрее платформа начинает вращаться, тем больше вероятность того, что камень соскользнет. Это происходит по той причине, что центробежная сила в какой-то момент становится больше, чем сила трения.
Собственно, из этого простого примера легко следует и поведение воздуха внутри вращающейся камеры. Разве что в газах добавляются разные интересные физические процессы, которые связаны со спецификой движения слоев воздуха.
Стенки баллона будут вращаться и передавать это движение слоям воздуха. Из-за того, что камера внутри всегда имеет хоть какую-то шероховатость, получится что-то типа мешалки. Внешний контур вращается быстрее внутреннего. Частицы воздуха будут взаимодействовать с поверхностью как механически, так и на уровне частиц.
Это приведет к тому, что воздух начнёт закручивать вместе с колесом и в том же направлении. Занятно, что при превышении некоторой критической скорости процесс будет весьма сложным и его следует моделировать. Ведь воздух практически не имеет массы.
Скорее всего слои воздуха будут вращаться неравномерно, поскольку «внешние» частицы этого газа, начнёт отрывать от «внутренних».
Впрочем, примерную сему поведения системы можно увидеть в чашке с чаем. Помешайте ложкой содержимое и будет наблюдать воронку.
П.с. Кстати, это не самый хороший пример. Ведь если вы будете вращать чашку с чаем, то чашка будет крутиться без чая. Но всё упирается в большую массу чая по сравнению с массой воздуха в шине. Да и шероховатость поверхности чашка минимальная.
Поделись видео: