Если бросок выполняется против ветра, причем при умеренном ветре, давление воздуха на нижнюю сторону диска больше, чем на верхнюю, и возрастает подъемная сила, которая увеличивает дальность полета в сравнении с броском в безветренный день. Это преимущество сохраняется до тех пор, пока скорость ветра не превышает примерно 15 м/с. Более сильный ветер нарушает ориентацию диска, который теперь быстрее падает. Если диск бросать в направлении ветра, эффект становится противоположным и дальность полета уменьшается.

При метании копья важную роль играют два угла, отсчитанные от горизонтальной поверхности земли. Это угол наклона стартовой траектории и угол наклона древка копья. Каким должно быть значение этих углов, чтобы дальность полета была максимальна? В частности, должны ли эти углы быть одинаковыми?

ОТВЕТ • Обычно считается, что оба эти угла должны равняться 35°. Это значение — итог многочисленных попыток. Хотя на их результаты может влиять большое число разных переменных, традиционная манера броска представляется вполне оправданной. Когда изначально древко копья направлено вдоль стартовой траектории, копье хорошо обтекается воздухом. Если древко наклонено выше или ниже, сопротивление воздуха больше, а полет короче. Однако, согласно некоторым теоретическим расчетам, копье полетит еще дальше, если угол наклона стартовой траектории увеличить до 42°, а угол наклона древка оставить равным 35°. При этом отдельные исследователи указывают, что на практике достичь оптимальных результатов не удастся: при увеличении угла наклона стартовой траектории запуск копья усложняется, и, скорее всего, спортсмен не сумеет придать копью достаточно большую скорость. Согласно другим расчетам, угол наклона стартовой траектории должен составлять 32°, а угол наклона древка — порядка 17°. Конечно, если наконечник копья направлен вниз, сила сопротивления воздуха увеличивается, но одновременно может увеличиться и подъемная сила (благодаря давлению воздуха на копье снизу) во время завершающей части полета. При большей подъемной силе копье может оставаться в воздухе дольше.

Обычно во время полета наконечник копья поворачивается вниз и утыкается в землю. Этот поворот происходит благодаря действующим на древко силам. Вес древка — это сила, сосредоточенная в центре масс (в центре распределения масс). Подъемная сила сосредоточена в центре давления (в центре распределения давления), расположенном обычно позади центра масс. Во время полета подъемная сила поворачивает копье вокруг центра масс, так что оно втыкается в землю. После поворота копье становится более обтекаемым, и действующая на него подъемная сила становится меньше. Время полета, когда действует достаточно большая подъемная сила, можно увеличить, изменив форму древка так, чтобы приблизить центр давления к центру масс. Такое смещение уменьшит угол поворота древка, и подъемная сила будет действовать и во время снижения копья.

Почему две лодки, плывущие рядом вверх по течению, стремятся сблизиться?

ОТВЕТ • Когда вода течет через ограниченное пространство между лодками, ее скорость увеличивается. Единственный способ получить энергию, необходимую для увеличения скорости, — отобрать ее у запасенной внутренней энергии. Внутренняя энергия зависит от давления, и поэтому давление воды между лодками уменьшается. Это уменьшение подчиняется уравнению Бернулли. С внешних сторон обеих лодок давление остается прежним, поэтому уменьшение давления между ними приводит к их сближению. Эффект увеличивается, если лодки плывут с той же скоростью относительно берега, но против течения, потому что их скорость относительно воды оказывается больше.

Сильный порыв ветра раскачивает тросы и провода линии электропередачи, толкая их в направлении ветра. Почему же некоторые тросы и линии электропередачи пляшут на ветру, иначе говоря, колеблются в направлении, перпендикулярном их длине и направлению ветра? Иногда такие колебания могут вызвать короткое замыкание, привести к обрыву проводов или разрушить опоры линии электропередачи. Обрыв проводов и разрушение опор случаются чаще, когда на провода налипает снег.

Колебания тросов стали причиной неприятностей после открытия в 1995 году вантового моста Нормандии — одного из самых длинных (2350 м) подвесных мостов в мире. Хотя пляска тросов не привела к разрушению моста, с ней было связано быстрое старение тросов, что привело к их незапланированной преждевременной замене.

В чем причина пляски тросов и проводов?

ОТВЕТ • Когда над тросом проносится ветер, с подветренной стороны воздушный поток разбивается на вихри. Если трос подвешен горизонтально, вихри срываются с троса попеременно то сверху, то снизу. В местах, где образовались вихри, давление уменьшается. Следовательно, давление сверху и снизу троса периодически меняется. Образование вихрей и периодические изменения распределения давления происходят с определенной частотой, зависящей от скорости ветра и диаметра троса. Если эта частота совпадает с собственной (резонансной) частотой колебаний троса, трос начинает раскачиваться, как говорят, входит в резонанс. Это и есть пляски проводов. Провода различной длины колеблются с разными частотами, но порывы ветра могут привести к колебаниям нескольких линий с разными резонансными частотами.

Чтобы спасти мост Нормандии от разрушения, строившие его инженеры наняли скалолазов, которые подтянули тросы и связали их веревками. Поскольку соседние тросы были разной длины, их резонансные частоты не совпадали. Связав в определенных точках тросы с разными резонансными частотами, удалось остановить пляску тросов. Связанные тросы гасили колебания друг друга.

Чтобы прокатиться на скимборде, бросьте на пляже округлую доску на кромку воды, так, чтобы она начала скользить, и вспрыгните на доску. Если все сделать правильно, можно продвинуться по воде на целых 10 м. Почему доска не останавливается сразу под действием веса скимбордера?

ОТВЕТ • В отличие от машины, тормозящей на мокрой дороге, в этом случае вода не играет роль смазки. Здесь при движении по воде скимбордер использует относительное движение воды.

Чтобы прокатиться на скимборде, на нем надо стоять так, чтобы передний конец доски был задран вверх. Тогда при достаточной скорости движения, давление воды снизу обеспечивает поддержку доски, позволяя ей оставаться над песком на дне. Однако сделать это не так просто. Если передний край доски задран слишком высоко, лишь малая часть дна доски будет погружена в воду и силы, действующей на доску со стороны воды, не хватит, чтобы удержать доску на плаву. А если ее передняя часть поднята меньше, чем нужно, то площадь контакта достаточна, но нет роста давления под доской и в итоге доска не удержится на плаву. И конечно, катание тут же закончится, если передний край доски опустится в воду.