Павел Полуэктов - Озадачник - 133 вопроса на знание логики, математики и физики

Волны на воде имеют разную скорость: чем она длиннее (чем больше расстояние между пиками волн), тем больше ее скорость. Поэтому волне очень трудно сохранить свою форму: длинные волны догоняют короткие, они складываются, образуется крутой фронт – и падают под своей тяжестью. Как же тогда объяснить солитоны – волны с одним горбом, распространяющиеся без изменения формы?

1. Длина волны у солитона одна, значит, скорость распространения всех его кусочков одинакова – вот он и не меняется.

2. Учтем все факторы: подводные и наводные течения, ветер, рельеф дна – и тогда получим, что существование солитонов возможно.

3. Нелинейщина: скорость волны зависит не только от ее длины, но и от амплитуды, при определенном подборе амплитуд и длин разных волн можно добиться, чтобы у них была одинаковая скорость.

Действительно, если бы скорость волны зависела только от ее длины, солитоны были бы немыслимы: представляя собой совокупность волн с разной длиной волны, они бы быстро распадались – все волны двигались бы с разной скоростью и тем самым не могли бы двигаться как целое. Но волны в воде нелинейны, и скорость их движения зависит не только от длины волны, но и от амплитуды: можно взять две волны, отличающиеся по амплитуде и по длине, у которых будет тем не менее одинаковая скорость. Вот почему солитоны все-таки существуют.

«Всего опаснее были ясные, звездные ночи, когда все затихало и на реке не было волн. Река точно засыпала, и холод старался сковать ее льдом сонную. Так и случилось. Была тихая-тихая звездная ночь. ‹…› Бурлившая днем горная река присмирела, и к ней тихо-тихо подкрался холод, крепко-крепко обнял гордую, непокорную красавицу и точно прикрыл ее зеркальным стеклом. Серая Шейка была в отчаянии, потому что не замерзла только самая середина реки, где образовалась широкая полынья» ( Д. Н. Мамин-Сибиряк. «Серая Шейка» ).

Почему водоемы застывают в тихую погоду?

1. Сочиняет Мамин-Сибиряк, в любую погоду – лишь бы было похолоднее.

2. Вода в реке – переохлажденная жидкость. Чтобы она кристаллизовалась, наоборот, нужно ее встряхивать поэнергичнее.

3. Температура воды выше точки замерзания, перемешивание заставит растаять образующийся лед.

Известно, что крупные водоемы редко промерзают до дна. О чем это говорит? О том, что они хранят изрядный запас тепла, а еще подпитываются теплом от Земли. При прочих равных, если перемешивать воду в водоеме, лед образоваться не сможет – она всегда будет теплее, чем нужно для замерзания. Это как если постоянно помешивать кипящее молоко, в нем никогда не образуется пенка.

[22]

Что удерживает поезд на рельсах?

1. Специальная форма колес на колесной паре.

2. Специальный выступ на колесе, не позволяющий поезду соскользнуть с железнодорожного полотна.

3. Всему причиной – идеально отшлифованные и подогнанные поверхности рельсов и колес, атомы которых расположены так близко друг к другу, что начинают эффективно притягиваться – в результате поезд как бы прилипает к рельсам.

Вспомним о том, что колесная пара связана жесткой осью без всякого дифференциала, а само колесо имеет слегка коническую форму. При отклонении от положения равновесия (середина ж/д полотна) одно колесо вращается по бóльшему радиусу, т. е. проходит больший путь, чем второе, – в результате вагон слегка поворачивает и возвращается назад к середине полотна. А выступы, как замечает Р. Фейнман, – они только для безопасности, чтобы не дать поезду сойти с рельсов при слишком больших отклонениях от равновесия.