В.А.ХАМИТОВ,
школа № 1, п. Октябрьский, Пермский кр.

Интересная игрушка

В нашей школе очень многие ученики играют в футбол и настольный теннис. Такие игры стимулируют ряд интересных вопросов из области аэродинамики, например, как обтекается воздухом шарик (мяч). Но бывают и специфические вопросы: почему именно так летит «резаный» мяч в теннисе? что за удар «сухой лист» в футболе?

В основу полёта футбольного мяча (шарика) положен, разумеется, эффект Магнуса. Ещё в середине XIX в. немецкий физик Густав Магнус, выполняя заказ военных, наблюдал за полётом артиллерийских снарядов из нарезных пушек Круппа. Если стояла тихая погода, снаряд летел точно в цель, а при боковом ветре отклонялся от цели вверх или вниз. Для гладкоствольной артиллерии такой проблемы не возникало – там ядра вылетали, не вращаясь. Магнус предположил, что на вращающийся снаряд действуют аэродинамические силы.

Но объяснить явление он не сумел, да и другие физики того времени не смогли разгадать эффект Магнуса. А Магнус упрямо занимался полётом снарядов и составил лучшие для того времени таблицы стрельбы. Немецкая артиллерия сыграла решающую роль в войнах с Данией (1864), Австрией (1866) и Францией (1870–1871). Это Г.Магнуса имел в виду германский император Вильгельм I, произнося речь в рейхстаге (1871): «Войну с Францией выиграли пушки Круппа и немецкий учитель математики»...

Только в начале ХХ в. физики дали объяснение эффекту Магнуса.

При продольном вращении цилиндра вокруг оси О точки поверхности имеют линейную скорость ₁. Пусть ветер дует со скоростью ₂. В верхней точке скорости складываются: _в = ₁ + ₂, в нижней, наоборот, вычитаются: _н = ₁ – ₂. Тогда, по закону Д.Бернулли, давление внизу больше, чем вверху, т.к. результирующая скорость потока внизу меньше, чем вверху.

Теперь уже ясно, как мастерить игрушку. Она хорошо получается из ватмана. Для прочности и сохранения формы можно вставить в цилиндр пласт­массовые кольца от гардин – легко и прочно.

Запуск цилиндра можно производить рукой, а лучше с помощью эластичного резинового жгута (бинта). Цилиндр ведёт себя интересно, а при определённой скорости запуска даже делает «мёртвую петлю». Можно усовершенствовать игрушку, поставив на одном конце колпачокзаглушку. Теперь, запуская её вперёд «стоймя» (вверх заглушкой), можно наблюдать эффект аэродинамической подъёмной силы.

После демонстрации таких игрушек юные спортсмены чётко понимают, что за явление лежит в основе футбольного удара «сухой лист» или теннисной подачи «резаный» мяч.

Литература

Мякишев Г.Я. Физика­10: Механика. – М., 2002.

История артиллерии. – М., 1999.