?

Log in

хочу все знать - Поклонник деепричастий [entries|archive|friends|userinfo]
Anatoly Vorobey

[ website | Website ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Links
[Links:| English-language weblog ]

хочу все знать [фев. 13, 2008|06:27 pm]
Anatoly Vorobey
А вот почему плоский камень скачет по воде, если его правильно запустить? Как это объяснить физически?

(плюс тот же вопрос про круглое ядро из пушки)
СсылкаОтветить

Comments:
[User Picture]From: spamsink
2008-02-14 02:35 am
Google "skipping stone physics" and feel lucky.
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: avva
2008-02-14 02:43 am
Я вообще-то умею пользоваться Гуглем и знаю английский язык. Если я все же спрашиваю, то наверное потому, что не нашел удовлетворяющего меня простого объяснения и/или думаю, что если кто-то может его написать, это будет интересно не только мне. Если ты знаешь - расскажи; если неинтересно - не читай.
(Ответить) (Parent) (Thread) (Развернуть)
[User Picture]From: pargentum
2008-02-14 02:56 am

Подъемная сила

На самом деле, скачут не только круглые камни, если хорошо напрактиковаться, можно заставить прыгать камень практически произвольной формы.

Когда предмет входит в воду, за счет горизонтальной скорости образуется подъемная сила (давление воды на нижнюю часть предмета выше давления воздуха на верхнюю). Если угол входа правильный (горизонтальная скорость большая, а вертикальная маленькая), этой подъемной силы достаточно, чтобы погасить вертикальную скорость и немного взлететь.
(Ответить) (Thread)
From: (Anonymous)
2008-02-14 03:57 am

Re: Подъемная сила

еще есть один нюанс. камень должен вращаться. тогда вращательный момент сохранит ориентацию камня и следующее падение камень совершит на ту же поверхность. это необходимо для множественного подпригивания... устойчивостх задачи, в физ-мат смысле.
(Ответить) (Parent) (Thread) (Развернуть)
[User Picture]From: larisaka
2008-02-14 04:33 am
Интересно, а чемпион мира, знает, почему камешек скачет?

http://www.youtube.com/watch?v=WMwS0vkdDes
Что вытворяет, а? 50 раз камешек пропрыгал. Пишут про мужика, что всего восемь лет назад начал этим видом спорта заниматься. "It is a remarkable achievement for a man who only took up the sport eight years ago while walking his dog Bear"
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: avva
2008-02-14 04:41 am
Ужас просто.
(Ответить) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: vodianoj
2008-02-14 09:56 am
Круто!
(Ответить) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: a_bronx
2008-02-14 04:34 am
Обычное глиссирование. Форма может быть любой, лишь бы передняя часть "днища" имела необходимый угол атаки и скорость была достаточной. Или нужно более детально?
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: avva
2008-02-14 04:40 am
Нужно. Объясните кому-то, кто не знает слова "глиссирование" - я, например, не знаю. Почему вообще играет роль скорость? Откуда образуется сила, толкающая камень вверх, с самой элементарной точки зрения?
(Ответить) (Parent) (Thread) (Развернуть)
[User Picture]From: biglebowsky
2008-02-14 10:02 pm

Главное - хвост (с)

Re: Форма может быть любой, лишь бы передняя часть "днища" имела необходимый угол атаки

Может быть, лучше так: лишь бы задняя часть "днища" перегибалась вверх, образуя корму, по достаточно малому радиусу скругления, чтобы обеспечить срыв потока?
(Ответить) (Parent) (Thread) (Развернуть)
From: febrarri
2008-02-14 05:22 am
Если плоский камень запустить параллельно плоскости глади воды, то под действием силы тяжести траектория его движения будет меняться по параболе и в момент соприкосновения с жидкостью большая плоскость камня обеспечит следующее: масса камня будет распределена на его поверхность и именно с таким весом он будет давить на огромную плоскость, например, реки, выталкивающая сила изменит направление движения (вектор скорости) камня, он будет как бы отскакивать от воды, когда скорость снизится настолько, что он не сможет с первоначального импульса (силы броска) продолжать самостоятельное движение, то он всем весом обрушится на воду и затонет согласно закону Всемирного тяготения, поскольку его плотность больше, чем плотность воды (если меньше, то он как буйек останется на поверхности). Если камень не плоский, то из-за сопротивления воздуха он будет пролетит более короткий путь, а при первом (или втором) соприкосновении с гладью воды будет давить на нее точкой, а не всей своей гладкой поверхностью (то же самое легко понять, если вспомнить как лежать с расставленными руками на море: масса человеческого тела распределяется на все занимаемое пространство, а поскольку плотность человеческого организма меньше, чем соленой воды, то фик утонешь, нужно просто расслабиться и распрямить тело). Физики могут поправить, если я что-то наглючил, поскольку физику я последний раз читал семь лет назад.
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: kobak
2008-02-14 05:22 pm
Поучительно видеть, какую фантастическую ахинею может нести человек, обладая при этом иллюзией понимания.
(Ответить) (Parent) (Thread) (Развернуть)
From: (Anonymous)
2008-02-14 05:27 am
"...непонятно, например, при чем тут сохранение импульса, какая сила толкает камень вверх, почему она может зависеть от скорости камня, и как эту зависимость объяснить хотя бы "на пальцах"..."

Сохранение импульса (точнее, вертикальной компоненты импульса) здесь вот при чем. При столкновении с водой "по касательной" тело толкает массы воды вниз. В соотвествии с законом сохранения вертикальной компоненты импульса для замкнутой системы "вода + тело", если массы воды начали двигаться вниз, то толкнувшее их тело должно приобрести компоненту импульса, направленную вверх. Изменение вертикальной компоненты импульса тела \Delta P (пользуюсь нотацией LaTeX) за промежуток времени \Delta t с точки зрения элементарной школьной механики означает, что со стороны воды на тело действует подъемная сила F=\Delta P/\Delta t. Эта сила представляет собой добавку к силе Архимеда и называется гидродинамической силой, зависящей от угла входа тела в жидкость (угла атаки). При правильно выбранном угле атаки сумма силы Архимеда и гидродинамической силы может превысить силу тяжести, вследствие чего камень выпрыгнет из воды.

Это ответ "на пальцах" на первые два вопроса, заданных Вами (при чем тут сохранение импульса и какая сила толкает камень вверх). Что касается зависимости гидродинамической силы от угла атаки, то для объяснения этой зависимости вряд ли возможно подобрать простой образ - сам термин "зависимость" предполает объяснение функциональной зависимости гидродинамической силы от угла, что требует рисования формул. Это тоже можно сделать, но вряд ли получится наглядно (под "наглядностью" в данном случае подразумеваю "понятность" рассуждений без привлечения матаппарата для человека с нефизическим университетским образованием). Сам имею опыт написания популярных статей по физике (для Соросовского образовательного журанала - был такой научно-популярный журнал для учителей средних школ старшеклассников...), так что делаю утверждение о сложности популяризации обсуждаемого явления не на пустом месте. Хотя попытаться - можно...

Данный уровень наглядности удовлетворителен или идем дальше вглубь явления?

OVK

(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: lidial
2008-02-14 05:43 am
там много от истории до законов физики и правил "как надо"

http://elementy.ru/lib/430318?page_design=print

отличная забавка :)
(Ответить) (Thread)
From: ex_vkuskov
2008-02-14 06:14 am
Поверхностное натяжение.
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: amigofriend
2008-02-14 06:19 am
Да, у Вас получилось довольно поверхностно и весьма натянуто.
(Ответить) (Parent) (Thread) (Развернуть)
[User Picture]From: ygam
2008-02-14 07:24 am
Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые; иначе такое бросание будет пустою забавою.
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: dolgikh
2008-02-14 07:37 am
Я бы расширил вопрос. Ведь предмет, не обязательно плоский, не обязательно каменный можно бросить на песок и он тоже может отскочить. Или зарыться. Физика здесь одна и та же, разница в том, при каких именно параметрах он зароется (скорость, масса, форма, угол к горизонту и еще множество других).
Почему брошенный камень отскакивает от песчаного пляжа? Очень понятный пример про пули привел a_bronx. На создании разницы в "рикошете" набегающего потока сверху и снизу крыла построено все современное авиастроение. У предмета произвольной формы подъемная сила возникает только при при касании воды или песка или любой аналогичной поверхностью с плотностью большей, чем у воздуха. Как только скорость набегающего потока перестает обеспечивать подъемную силу достаточную для преодоление силы тяжести, объект перестает летать. В самолете эта проблема решается за счет постоянно работающего двигателя. У камня она не решается, поэтому его горизонтальная скорость после каждого касания уменьшается. Легкий объемный предмет потеряет скорость значительно быстрее, чем тяжелый и компактный, поэтому и вероятность отскока голыша выше, чем других предметов, валяющихся на берегу.
Закручивать же камушек имеет смысл для того, чтобы он не кувыркался и летел вперед с минимальной площадью сопротивления воздуха и максимальной площадью соприкосновения.
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: koliaba
2008-02-14 08:16 am
В большинстве согласен.
Но аэродинамика тут не совсем нужна...
Вопрос был не в том, как он летит, а как отражается...
Если я пну кошака, и он подлетит, то о разнице давлений говорить можно лишь приближенно. =))) Даже если у него будет двигатель.
Вопрос, о том, что есть нога.
(Ответить) (Parent) (Thread) (Развернуть)
[User Picture]From: koliaba
2008-02-14 08:11 am

Пальцы в розетку...

На пальцах, это чуть-чуть не так =)
Любое тело или любая частица стремится к состоянию покоя, к некоторому стабильному, ненапряженному состоянию. В этом состоянии внутренние силы минимальны( любое упругое тело стремится "снять" натяжение и т.д.).
Для воды же это шар в вакууме вдали от внешних сил (гравитация, давление). Если же вода не поверхности земли, то самый большой вклад в силы, действующие на нее, дает гравитация. В этом случае, чем ниже, тем стабильнее. Для воды стабильное состояние "плоская поверхность» (для небольших площадей, иначе надо учитывать форму Земли).
Это можно проверить - ударьте по водной глади рукой. Вы затратите силы, выведя ее из положения равновесия, а через некоторое время, за счет сопротивлений и потерь энергии, она опять вернется в свое стабильное состояние.
Дальше - интереснее.
При ударе по поверхности рукой, камнем или чем-то еще, вы влияете на мириады частиц воды. Стоит отметить, что у этого действия есть следующие параметры – длительность воздействия (удара), и количество частиц, состояние которых мы изменяем ( перемещаем).
Длительность воздействия.
Мы знаем, что мгновенно частицы не могут переместиться (Закон близкодействия). Поэтому, ударяя быстро по поверхности воды, мы влияем только на небольшой поверхностный слой, который ограничен слоями воды, не «успевающими» вступить в движение. При учете несжимаемости жидкости, эти границы можно заменить твердым телом – за время удара они остаются недвижимыми. Если площадь соприкосновения мала, а именно, даже из под «центра» ладони за время удара частицы воды выскочат за границы ладони, то она, «раздвигая» слой проникнет в воду. Если же тело велико, то частицам просто некуда деваться! Тело на некоторое время «прилипает» к поверхности воды.
Медленный же удар позволяет частицам найти правильный выход( дальше границы, больше слой, участвующий во взаимодействии, и т.д.) и рука продвигается вовнутрь. То есть, между временем соприкосновения и площадью есть зависимость. Как нетрудно проверить, чем меньше время взаимодействия и больше его площадь, тем тоньше и «шире» слой (Стоит отметить, что тело теряет основную часть своей энергии при соприкосновении с водой. Чем дольше, тем больше). В пределе, поверхность воды, это твердое тело с тонким слоем смазки (например, лед).
Вот и получается, что происходит «отражение» твердых тел друг от друга. =))
Еще особо отмечу вращение. Существует эффект волчка – гироскопический эффект. Нам нужно его простейшее свойство. Предположим мы закручиваем обычную юлу на земле. Ее юбка параллельна земле. Ударим по ее «краю» вниз. Она покачавшись, опять будет близка к начальному состоянию – параллельности земле. Это вот такое свойство гироскопа. Между прочим, источник этого эффекта, так же стремление к минимуму сил – стабильному устойчивому состоянию.
Как можно догадаться, это позволяет камню, «отраженному» от водной глади, остаться параллельному поверхности, а как следствию, сохранить максимальную площадь взаимодействия.

Сразу отмечу, что тут все в «первых» приближениях: нет сил поверхностного натяжения; диффузии; нутации, объясняющую верхний предел вращения ;центробежного эффекта, сбрасывающего налипшую воду и прочих. Эта теория должна удовлетворять общему поведению. =) Тем не менее, это вроде «человеческое» объяснение на пальцах.

Коляба ™
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: azzo27
2008-02-14 08:42 am
Эффект близок к подъемной силе, действующей на воднолыжника, воздушный змей, крыло самолета. Вращение камня заменяет ориентацию последних объектов, необходимую для поддержания правильного угла атаки.
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: gnuzzz
2008-02-14 02:21 pm
[надевает шляпу Эйнштейна]
если иметь в виду корпускулярно-волновой дуализм материи и камень рассматривать как волну, то это можно объяснить явлением полного отражение на границе двух сред;)))))
(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: softmaster
2008-02-14 04:01 pm
это 5! %)
(Ответить) (Parent) (Thread)
From: 10p
2008-02-16 12:55 am

Физика в вопросах и ответах

(Ответить) (Thread)
[User Picture]From: biglebowsky
2008-02-17 11:45 am

Ошибки в школьных учебниках

IMHO, в школьных учебниках ошибки и намеренные "передергивания" недопустимы.
(Ответить) (Parent) (Thread)