Физика. Почему не летают кастрюли?

Часто бывает, что довольно сложную задачу мы решаем почти не задумываясь, не строя длинной цепочки рассуждений и не пользуясь строгими законами, даже если знаем их. Скажем, грамотный человек правильно расставит запятые в предложении, не вспоминая ни одного грамматического правила. Такое случается и при решении физических задач, когда условия кажутся очевидными, но нередко в простых, казалось бы, случаях интуиция нас подводит, скорее всего потому, что, закладывая в память модель какого-либо физического процесса, мы из многих связанных с ним эффектов выбираем главные, а остальными пренебрегаем. Пользуясь этой моделью, мы со временем забываем, что учтено в ней, а что нет, и если сталкиваемся с ситуацией, в которой неучтенные когда-то эффекты вышли на первый план, опора на интуицию приводит к ошибке. Примером тому могут служить описанные ниже простые опыты, результаты которых противоположны ожидаемым.

Для первого опыта понадобятся высокий тонкостенный стакан и короткая свечка. Расплавленным парафином прикрепите свечу ко дну стакана и зажгите ее. Куда отклонится пламя, если резко сдвинуть стакан? Естественно ожидать, что пламя отклонится назад, образуя своего рода хвост за движущимся фитильком, но если внимательно наблюдать за пламенем, то можно заметить, что в первый момент оно отклонится вперед. Если двигать стакан с ускорением. постоянно увеличивая его скорость, пламя все время будет наклонено вперед. Теперь, вынув свечку из стакана, опустите его в кастрюлю с водой так, чтобы он остался на плаву. Карандашом отметьте уровень воды в кастрюле. Что произойдет с этим уровнем, если стакан утопить? Казалось бы, уровень воды должен подняться, так как стакан, погруженный в воду раньше лишь частично, опустился в нее целиком и, видимо, вытеснил больше воды. Однако на самом деле уровень воды понизится.

Наконец, накрыв пустую кастрюлю крышкой, пере верните ее и уберите руку,

Удерживающую крышку. Крышка, естественно, упадет под действием силы тяжести. Наполнив кастрюлю доверху водой, повторите опыт. Теперь на крышку действует не только сила тяжести, но и вес воды, так что крышка должна упасть еще скорее, дополнив прежний шумовой эффект небольшим водным аттракционом. Тем не менее крышка не падает, и вода не выливается из кастрюли. (На всякий случай эти опыты нужно проводить над раковиной или ванной. Для успеха эксперимента важно правильно подобрать крышку — она должна быть плоской, а не выпуклой, и плотно приполнить водой лишь наполовину, крышка сразу упадет, хотя вес воды теперь меньше, чем в прошлом случае.

Широко известен другой вариант этого эксперимента — переворачивают стакан с водой, предварительно накрыв его листом бумаги. Но сходство здесь далеко не полное — вода удерживается в стакане независимо от того, наполнен он до краев или же почти пуст, Оказывается, вода в стакане ведет себя совсем не так, как вода в кастрюле.

После некоторого размышления эти странности нетрудно объяснить, и вы можете сделать это самостоятельно. Мы приведем лишь самые необходимые пояснения.

Привычное отклонение пламени назад возникает из-за встречного потока воздуха при движении свечи. Но в высоком стакане пламя защищено от такого потока, и его действие можно не учитывать. Теперь главным становится то свойство пламени, что раскаленные газы в нем легче воздуха, и поэтому оно поднимается вверх, противоположно направлению силы тяжести.