Команда физиков из Франции и Канады ответила на вопрос, давно не дающий покоя пытливым умам: почему, если две толстые книги сложить вместе, чередуя их страницы, то не удастся потом потянуть в стороны и разъединить эту конструкцию. Очевидно, что дело в силе трения, но что делает ее такой неожиданно мощной, оставалось не вполне понятным. Забегая вперед, скажем, что это вопрос практический, а не только праздного любопытства. В общем, все объяснило исследование, результаты которого опубликованы на arxiv.org.
Итак, нужно взять две книги с большим количеством страниц, в классическом эксперименте это телефонные справочники, распространенные в США, которые вы, наверняка, часто видели в фильмах. Далее нужно соединить книги, чередуя их страницы. Получится единая конструкция, с боков которой форзацы книг, а посередине все страницы. Теперь задача — потянуть с двух сторон и расцепить книги. Это кажется простым, но ничего не выйдет. К примеру, экспериментаторы из популярной телепередачи «Разрушители легенд» (MythBusters) пробовали ставить с двух сторон по несколько крепких мужчин, привязывать каждую книгу к автомобилям, едущим в противоположных направлениях, и даже использовали два мощных танка — и безрезультатно. См. также видео внизу страницы.
Физики же провели эксперимент по всем правилам. Они взяли тяговый аппарат, который мог растягивать конструкцию с разной, четко определенной, силой, а также книги с определенным количеством страниц и известными характеристиками их материала. И они не просто тянули книги, они построили математическую модель, которая и объяснила происходящее.
Оказалось, что чем сильнее мы тянем в стороны книги, тем больше сила трения, удерживающая их вместе. И дело здесь в том, что страницы книги скрепляются корешком, и когда книга лежит, страницы стремятся друг к другу. Когда мы между страницами книги помещаем страницы другой, они по-прежнему стремятся друг к другу, а значит, сдавливают «чужие» страницы, лежащие между ними. В тот же момент, когда мы начинаем тянуть за корешок, мы увеличиваем эту силу, стягивающую страницы книги.
Это похоже на то, как если человек с длинными волосами плывет под водой, его волосы легко развеваются, а когда он выныривает, все они прижимаются близко друг к другу. Собственно, на том же принципе основано завязывание и распутывание узла: чем сильнее мы тянем, тем больше веревки прижимаются друг к другу, а чтобы распутать, нужно наоборот ослабить хватку и растягивать в разные стороны.
Кстати, ученые поясняют в статье, что решали эту задачу не из чистого любопытства. По их словам, очень важно детально понимать структуру и поведение материалов, а именно новых искусственно создаваемых наноматериалов, которые находят свое применение во многих областях жизни.
MythBusters. Эпизод «Phone Book Friction». Танки во второй части, не забудьте посмотреть.
А это эпизод из телепередачи QI на британском телевидении. Ведущий — Стивен Фрай. Тема — та же.
