Повторение исследований Галилея

Эксперименты Галилея с падающими телами и шариками, которые скатываются с наклонной плоскости, описанные в „Беседах” (1638 год), считают началом современной науки. Современные исследователи повторили эти опыты с некоторыми изменениями и получили неожиданный результат.

Чем бы профессор не тешился

Для наблюдения движения тел вдоль наклонной плоскости Галилей использовал твердый материал а именно шары из металла и деревянный желоб. Впоследствии он провел несколько экспериментов с твердыми шариками и гибкими поверхностями, но никто не исследовал движения гибких тел вдоль твердой поверхности. Эту задачу попытались решить профессора МТИ Педро Рейс и Джон Буш в 2010 году. Наблюдая за движением полых цилиндров (из широкой резины разной упругости), они установили новые интересные закономерности.

Гибкий цилиндр под действием силы тяжести приобретает овальную форму. Как будет меняться его форма во время движения по плоскости под наклоном? Можно было бы надеяться, что кольца станут круглее за счет вращения. На самом деле все наоборот: чем быстрее вращается кольцо, тем больше оно теряет округлую форму и, наконец, приобретает форму арахиса. При дальнейшем возрастании скорости средняя часть кольца настолько провисает, что прикасается к нижней. Возникает сила трения, и лента неожиданно начинает раскачиваться назад. Исследователи утверждают, что здесь начинает действовать „деликатная связь между качением, изгибом и растяжением”.

…все на практике пригодится!

Эти опыты и их следствия могут быть применены в самых разных отраслях: при программировании движения углеродных нанотрубок, или движения крови в венах и артериях. Красные кровяные тельца, как известно, тоже имеют форму арахиса, которую никто еще не объяснил. Почему эти исследования проведены лишь через 400 лет после опытов Галилея? Дело в том, что поведение гибких тел описывается гораздо сложнейшими законами, чем поведение жестких шаров. Анализ таких движений невозможен без компьютеров. К тому же только недавно люди научились изготавливать предметы из гибких полимеров разнообразной конфигурации и упругости.

А теперь - правда: как это было?

Представляете себе исследователей, которые строили наклонные плоскости наподобие той, которую использовал Галилей? Представляете плоскость, вдоль которой катятся цветные гибкие цилиндры? Теперь стоит разочароваться так как – все было иначе. Вместо наклонной плоскости исследователи использовали большой стальной барабан, похожий на барабан стиральной машины, в который помещали экспериментальные образцы. Барабан вращался, и кольцо катилось по его внутренней стенке. Так ученые смоделировали бесконечную наклонную плоскость, на которой можно не ограничивать измерения долями секунды.

Ученые заметили, что гибкие цилиндры ведут себя так же, как капли жидкости на непромокаемой поверхности. Вода, скатываясь по натертой воском или маслом наклонной плоскости, ведет себя так же, как гибкие кольца. Изучение движения капель важное для конструкторов ветрового стекла автомобилей, самолетов, ведь залитое водой стекло автомобиля может привести к аварии. Поэтому опыты Галилея, проведенные через 400 лет, будут иметь важное практическое применение.