Максимальная скорость — мечта всех участников соревнований по скоростному спуску, особенно если цель — побить мировой рекорд скорости, то есть развить скорость выше 240 км/ч[29]. В этом случае главным препятствием на пути к достижению цели оказывается аэродинамическое сопротивление. Оно, несомненно, более существенно, чем трение лыж о снег. Как горнолыжник может его минимизировать?

ОТВЕТ • Вот несколько правил, следуя которым можно уменьшить аэродинамическое сопротивление. Костюм должен плотно облегать тело, а не развеваться на ветру. Шлем должен быть не только обтекаемой формы, но и прикрывать плечи. Тогда разрывов воздушного потока на плечах или на спине лыжника нет и сзади под шлемом не образуются завихрения. Сталкиваясь с ногами, воздушный поток должен попадать на специальный обтекатель, предназначенный для того, чтобы избежать образования вихрей позади ног. Такие вихри являются областями низкого давления. А значит, если перед ногами давление высокое, а за ними низкое, сопротивление за счет разности давлений может оказаться существенным. Лыжные палки надо держать за телом, а не выставлять их навстречу набегающему воздуху. Лыжник слегка приседает, принимает стойку «яйцо», чтобы минимизировать площадь, встречающую набегающий поток.

Одна из сложностей при скоростном спуске — необходимость удерживать правильное положение ног. Скорость воздуха между бедрами больше скорости с внешней стороны ног. Давление воздушного потока обеспечивает энергию, необходимую для увеличения скорости движения. Поэтому давление между бедрами лыжника меньше, чем снаружи, и они норовят сомкнуться. Лыжнику все время приходится с этим бороться.

Почему бумеранг всегда возвращается к бросающему? Некоторые бумеранги могут пролететь по замкнутой траектории до 200 м, а некоторые возвращаются назад несколько раз, прежде чем опустятся на землю. При запуске плоскость бумеранга ориентирована почти вертикально. Тогда почему во время полета плоскость бумеранга обычно переходит в горизонтальное положение? Классический бумеранг изогнут и по форме напоминает банан, но бывают и другие формы. Можно ли заставить прямую палку летать как бумеранг?

ОТВЕТ • Каждое плечо бумеранга напоминает классическую аэродинамическую поверхность, близкую к форме крыла первых самолетов. Передняя, разрезающая воздух кромка плеча бумеранга скруглена, задняя кромка тоньше передней; его верхняя поверхность изогнута, а нижняя — плоская. Во время полета бумеранга такая аэродинамическая поверхность меняет направление воздушного потока, в результате чего на бумеранг действует подъемная сила в противоположном направлении.

Если вы запускаете бумеранг правой рукой, сначала его надо поднять к голове, держа к себе изогнутой стороной, при этом плоскость бумеранга должна быть слегка отклонена от вертикали вправо. Затем нужно быстро выбросить вперед правую руку, одновременно обхватив ее запястье кистью левой руки. Тогда подъемная сила, действующая на бумеранг, будет направлена вверх и влево от вас. Вертикальная составляющая этой силы обеспечит полет бумеранга.

Величина подъемной силы, действующей на крыло бумеранга, зависит от скорости движения воздуха вблизи плеча бумеранга. Поскольку в каждый данный момент времени его верхнее плечо поворачивается в направлении движения (туда, куда летит бумеранг), а нижнее плечо в противоположном направлении, подъемная сила, действующая на верхнее плечо, больше.

Так как подъемная сила на верхнем плече направлена вверх, а точка ее приложения находится на некотором расстоянии от центра масс бумеранга, возникает вращающий момент, стремящийся повернуть плоскость бумеранга. Бумеранг крутится, как волчок, а значит, этот момент поворачивает ось, вокруг которой он вращается, по направлению к вам и вы видите большую часть его верхней поверхности. При повороте бумеранга траектория его полета искривляется. Таким образом, бумеранг летит по замкнутой траектории и возвращается назад к вам.

Прямую палку можно заставить играть роль бумеранга, если запустить ее так же, как бумеранг. Начальное вращение вокруг проходящей через центр короткой оси неустойчиво, и ось вращения смещается к длинной оси, направленной вдоль палки. Изменение направления переориентирует палку, но направление, вокруг которого она вращается, не меняется. Во время полета в обратном направлении вращающаяся палка отклоняет воздушный поток вниз, что приводит к появлению подъемной силы.

Выпустите из рук кредитку (или любую другую жесткую карту) так, чтобы ее длинный край был расположен горизонтально и направлен вниз, а лицевая и оборотная стороны смотрели влево и вправо. Почему карта не скользит в воздухе и не падает на пол ровно под тем местом, где ее выпустили? Обычно, показывая этот фокус, игральные карты мечут в открытую коробку. Я использую пластиковую кредитку. Если я бросаю ее случайным образом, она практически сразу начинает колебаться или крутиться в разные стороны, на мгновение зависает, а потом падает на пол. Есть ли возможность стабилизировать полет карты в воздухе так, чтобы было больше шансов попасть в коробку?

ОТВЕТ • Описать падение карты, отпущенной длинным концом вниз, очень сложно. Физики пытаются сделать это начиная с 1854 года. Полет карты может быть совсем беспорядочным, но может происходить и так: 1) карта, скользя по воздуху, колеблется и меняет направление скольжения — то влево, то вправо; 2) карта переворачивается, вращаясь вокруг некоторой оси, и при этом планирует либо влево, либо вправо. Какой из вариантов осуществится, зависит от размера карты. Стандартная игральная карта обычно устойчиво вращается вокруг горизонтальной оси, скользя под некоторым углом к вертикали. В момент, когда отпускают карту, изначально ориентированную вертикально, ее нижний конец отклоняется вправо или влево. Затем, когда карта скользит под некоторым углом к вертикали, обтекающий ее воздушный поток создает области повышенного давления ниже переднего края карты и выше ее заднего края. Эти области высокого давления поворачивают карту вокруг оси, проходящей вдоль карты через ее центр. Когда карта занимает горизонтальное положение, падение замедляется, но вращение продолжается до тех пор, пока она вновь не встанет вертикально. Поскольку при этом скольжение карты облегчается, ее скорость, направленная вниз, увеличивается. И затем все это повторяется.

Чтобы выполнить трюк с бросанием карты, главное — ее стабилизировать, то есть заставить двигаться устойчиво, без дрожания и вращения. Часто это делают так: вы держите карту горизонтально, большой палец лежит на короткой стороне сверху, указательный палец на длинном крае, а средний палец под короткой стороной снизу. Согните запястье так, чтобы карта коснулась основания ладони. Затем, резко выбросив запястье вперед, отпустите карту. Таким образом вы закрутите ее вокруг вертикальной оси. Силы, действующие на карту со стороны воздуха, поворачивают ее, она занимает почти вертикальное положение и вращается вокруг горизонтальной оси. Если бросок выполнен правильно, карта может лететь с высокой скоростью и практически по прямой. Будьте осторожны, не попадите кому-нибудь в глаз.