1.82. Метание подков
В игре «Метание подков» игроки набрасывают металлическую скобу (она по форме напоминает лошадиную подкову) на металлический колышек, находящийся на расстоянии 12 м. При броске нужно опустить руку вниз, потом отвести назад, а затем сделать быстрый мах вперед и отпустить подкову, когда рука окажется в горизонтальной позиции. Когда подкова коснется земли, желательно, чтобы она обхватила колышек. Это может случиться, если она упадет рядом и до него проскользит, но вероятность накинуть подкову на колышек больше, если летящая подкова ударится о него, упав после этого на место.
Если вы не искушены в метании подков, вам, вероятно, захочется бросить ее способом флип, держа за середину, как показано на рис. 1.32а. Перед броском «флип» подкова должна находиться в горизонтальной плоскости, а ее концы должны быть направлены на колышек, а в момент броска нужно закрутить подкову так, чтобы она вращалась во время полета.
Рис. 1.32 / Задача 1.82. а) Запуск подковы при броске «флип». б) Хват при более правильном броске. в) Отскок от колышка. г) Рингер.
Первоначально флип был наиболее распространенным броском, но затем игроки придумали другие методы. При одном из них подкова захватывается сверху за один из концов и поворачивается так, чтобы она лежала в плоскости, расположенной под углом к вертикали, концами вверх (рис. 1.32б). В зависимости от скорости, с которой вы бросаете подкову, она сделает в воздухе ¾, 1¾ или даже 2¾ оборота, прежде чем долетит до колышка. При другом способе подкову тоже держат не за центральную часть, но ее концы направлены вниз, и тогда подкова в полете сделает ¼, 1¼ или 2¼ оборота. Почему эти более современные способы позволяют заработать больше рингеров (когда подкова ударяется в колышек, прокручивается вокруг него и падает на место), чем флип?
ОТВЕТ • Если внутренняя часть подковы ударяется о колышек при традиционном броске «флип», подкова, скорее всего, отскочит обратно на вас и остановится далеко от колышка (рис. 1.32в). При более современных техниках бросания вращение подковы происходит в том числе вокруг вертикальной оси. Когда внутренняя поверхность подковы ударяется о колышек, вращение вокруг этой оси продолжится и поэтому подкова будет вращаться теперь вокруг колышка. Через некоторое время выступ на одном из концов зацепится за колышек, и подкова упадет на место (рис. 1.32 г). Название рингер, скорее всего, объясняется тем, что подкова надевается на колышек, как кольцо (ring), хотя оно вполне может быть обусловлено звоном (ring), который слышится, когда подкова крутится вокруг колышка.
1.83. Кручение хула-хупа и лассо
Как людям удается крутить хула-хуп (обруч) так, чтобы он не падал, а крутился почти в горизонтальной плоскости? Как ковбой добивается похожего эффекта с лассо?
ОТВЕТ • Оба эффекта возможны благодаря силе, действующей на вращающийся объект в точке упора. В случае с обручем эта сила приложена в точке соприкосновения его с телом. В случае лассо это сила, созданная рукой, натягивающей короткий кусок веревки между петлей и рукой. В каждом случае точка упора перемещается по окружности малого радиуса. Действующая в этой точке сила толкает или тянет наружу вращающийся обруч или лассо и стремится сделать плоскость вращения по возможности горизонтальной. Для того чтобы объект вращался, точка упора в своем движении должна опережать вращение объекта.
1.84. Игрушка йо-йо
Как при простом бросании йо-йо вниз из-за ее вращения происходит увеличение энергии? Почему ее скорость, направленная вниз, сначала возрастает, а потом убывает? Почему некоторые виды йо-йо «засыпают», то есть остаются вращаться в нижней точке, в то время как другие сразу после того, как достигли нижней точки, начинают движение по нитке вверх? Как разбудить «спящую» йо-йо и заставить ее карабкаться вверх? Почему она будет карабкаться ленивее или вообще не полезет вверх, если «спала» слишком долго? Почему, когда йо-йо подбирается близко к руке, игрушка начинает поворачиваться вокруг нити (это движение называется прецессией)? Суть в том, что нить, которая является осью вращения игрушки, смещается и игрушка начинает вращаться. Почему «спящие» йо-йо прецессируют с гораздо меньшей вероятностью?
10
Хула-хуп — это пластмассовый или алюминиевый обруч, который можно крутить на талии, выполняя вращательные движения корпусом. Это развлечение приобрело популярность в 1950-е годы, но подобные обручи — их крутили на руках или ногах — давно использовались у различных народов в играх и танцах. Американские индейцы, например, с ними танцевали.
11
Йо-йо — игрушка, состоящая из двух одинаковых по размеру и весу дисков, скрепленных между собой втулкой, к которой нить или жестко прикрепляется, или же накидывается петлей. Сначала нить наматывают на втулку. Затем вы бросаете игрушку одной рукой, удерживая в ней свободный конец нити. Игрушка начинает падать, вращаясь все быстрее и быстрее. Если нить накинута на втулку петлей, втулка может свободно проворачиваться в петле — это будет «спящая» йо-йо. При ослаблении нити на втулку может намотаться пара витков, трение увеличится, и йо-йо начнет подниматься, накручивая на себя нить. Когда йо-йо достигнет верхней точки, то опять начнет скатываться вниз. Поведение игрушки похоже на поведение маятника Максвелла.