Муха і вертоліт

Історія перша

Папа, Вася і Петя люблять вести бесіди на різні цікаві фізичні теми. Сьогодні тато запропонував таке питання: «У закритій банку сидить муха, а сама банка стоїть на точних вагах. Питається, якщо муха злетить і буде літати всередині банки, зміняться показання терезів чи ні? «

— А що тут думати, — каже Петя, — ясно, що свідчення зменшаться рівно на вагу мухи. Коли муха літає, вона не тисне на дно. А коли муха знову сяде, ваги знову покажуть вага банки плюс вага мухи.

— Нічого подібного, — заперечує йому Вася. — Давай я візьму непрозору банку, так що ти не будеш знати, є всередині муха чи ні. Поставимо цю банку на ваги. І що ж, ми побачимо, як вона буде робитися то легше, то важче?

— А що тут такого? Ось я встану на ваги і почну на них стрибати, як би трошки літати. Ваги це помітять, хоч би я це в непрозорому банку робив.

Ну, якщо стрибати, то, напевно, свідчення будуть скакати. Але я не про це. Ось уяви, муха вже злетіла і зависла в повітрі. Вага у неї при цьому залишилася колишньою. Тобто на муху діє сила тяжкості, і раз муха не падає, значить, вона повинна на щось спиратися всередині банки. Виходить, що ваги повинні це відчути.

Тоді Петя пропонує поставити досвід.

— Пам’ятаєш, тобі на день народження подарували маленький квадрокоптер? Давай поставимо на ваги велику прозору коробку і запустимо квадрокоптер в ній, щоб він повис всередині, не торкаючись дна. І подивимося, що станеться!

— Ось це чудова ідея! Давай подивимося!

Хлопці роблять досвід. Доводиться трохи помучитися, але, нарешті, квадрокоптер зависає в кутку коробки. Свідчення терезів залишаються тими ж самими, хоча вони трохи коливалися під час старту і посадки.

— Ну як же так, — дивується Петя, — адже коли квадрокоптер відірвався від дна банки, він не тиснув на нього, хіба це незрозуміло?

— Щоб літати, — відповідає Вася, — йому потрібно спиратися об повітря, а повітря спирається на дно банки.

— Як це він спирається? Хіба можна спиратися про повітря?

— Звичайно можна, тільки для цього треба махати крилами або обертати гвинтами.

-І що ж?

— А ось що, — говорить тато. — Муха відкидає крилами повітря вниз? Відкидає. Отже, вона створює повітряний струмінь. Ти візьми трубку і подуй в неї на чашку терезів.

Петя дме, і ваги, які стояли на нулі, показують відчутну вагу, цілих 10 грамів.

— Але хіба муха може створювати такий сильний струмінь?

А їй не треба створювати сильну, муха важить менше грама.

— Але коли вона літає вгорі банки, хіба струмінь дістає до дна?

— Я знаю, — знову вступає в розмову Вася, — сам струмінь до дна не дістає, тому що він гальмується об нижні шари повітря. Але якщо гальмується, значить, вона на них тисне. Виходить, що тиск у нижніх шарах повітря стає більшим. І тому нижній шар повітря сильніше тисне на дно.

Історія друга

— Ось ми дули з трубочки на ваги, — задумливо каже Петя, — і свідчення терезів збільшувалися. А можна підути з трубочки на воду, тоді у воді з’явиться ямка.

— Давай подивимося, — відповідає Вася. — Якщо дуть сильно, дивися, які бризки летять!

— А не треба сильно, ти дуй легенько, — підключається до них тато. — Нехай Петя подує, а ти подивися збоку: бачиш, яка акуратна ямка вийшла.

— А коли муха літає над водою, — каже Петя, — під нею теж утворюється ямка? І якої вона глибини?

Напевно, дуже маленькою, — підхоплює Вася. — А ось коли вертоліт над водою зависає, напевно, величезна яміща виходить.

— А ти порахуй, якої вона глибини, — каже тато.

— Як це порахувати? Ми ж нічого не знаємо.

— Значить, ми можемо зробити приблизну оцінку. Скільки важить середній вертоліт?

— Я зараз подивлюся у Вікіпедії, — каже Петя. — Ось вертоліт на фотографії висить над водою, дивіться! Тут написано, що його злітна маса дорівнює 10 тоннам.

-Дуже добре. Якщо це буде не вертоліт, а катер, яку масу води він витіснить за законом Архімеда?

— Свою власну, 10 тонн.

— А який обсяг займає ця вода?

Кубічний метр води важить тонну, значить, 10 тонн займають 10 кубометрів.

— І що ж, — запитує Вася, — яма під вертольотом теж буде в 10 кубічних метрів за обсягом? Але хіба вертоліт плаває у воді? Він висить над нею.

— Ти ж сам казав, — відповідає тато, — що він спирається на струмінь. А струмінь спирається на воду. Ось і виходить, що вертоліт теж «плаває над водою».

— Ну, далі все зрозуміло, — каже Петя. — Тут написано, що цей вертоліт замітає своїм гвинтом коло в 200 м². Якщо вертоліт висить низько над водою, це і буде приблизна площа ями. Щоб знайти її глибину, треба обсяг поділити на площу. Ділимо 10 м³ на 200 м², отримуємо глибину в 5 см всього. А мені здавалося, яма буде набагато глибшою, адже вертоліт такий важкий.

— Вертоліт важкий, — відповідає йому Вася, — але площа біля ями занадто велика, ось її глибина і виходить маленькою. Ми видали через трубку маленьку ямку, а вертоліт своїм гвинтом створює велику за обсягом яму, але при цьому зовсім неглибоку.

Художник Максим Калякін

^* Дивіться відео «Муха і вертоліт» на каналі GetAClass.