Снимая одну из передач для БиБиСи, Стив “Плесень” Моулд заснял интересный эффект фонтана из цепочки.
Если положить цепочку из бусин в стакан на некоторой высоте над полом, а потом потянуть за один конец, то под действием силы тяжести цепочка начнет вытягиваться из стакана. При этом она будет не просто «течь» через край, но подниматься над ним, прежде чем упасть, образуя «фонтан». Когда Стив опубликовал видео в 2013 и ролик просмотрели миллионы, то Стив попытался объяснить этот эффект с точки зрения механики.
Спустя несколько лет после публикации видео, этот эффект (эффект Моулда) назван в честь Стива Моулда, так как он был первым, кто показал его широкой публике.
Теперь есть страничка на вики (англ.) и несколько статей. Да да, именно статей. Ребята из Кэмбриджа связали физику и математику и написали статью для Royal Society.
Они объясняют этот эффект математической моделью из трех бусинок. Когда первая бусинка выскакиевает из стакана и устремляется вниз, то угол между первой и следующей за ней бусинкой меняется и они соприкасаются. Таким образом первая бусинка начинает давить на следующую за ней бусинку и передает ей импульс вверх. Тоже самое происходит между второй и третьей бусинкой и т.д.
Чтобы доказать это, был поставлен эксперимент, где расстояние между бусинками в цепочке было больше, чем у цепочки Моулда и эффект фонтанирования не наблюдался.
Но, на этом народ не успокоился. Подключился еще и reddit, написав многие страницы текста с реальными экспериментами и попытками объяснить весь процесс.
Ребята из Корнэльского университета показали, что после того, как край цепочки достигает земли, то скорость выброса цепи из соседа ускоряется. Они поставили простой эксперимент: две одинаковые цепочки, одна фонтанировала на пол, а вторая в свободное пространство. Та, которая падала на пол, вылетела из стакана быстрее, чем та, которая падала в свободное пространсво. Они объясняют это тем, что когда первая бусинка достигает поверхности, по всей цепи передаётся дополнительная сила, которая ускоряет процесс фонтанирования.
Об этом даже на Nature писали, вот так вот простое видео стало очень популярным и даже немного продвинуло науку вперед.
Ученые выяснили, что бусины в цепочке не изолированы друг от друга, а ведут себя, как короткие «бруски», состоящие из нескольких бусин. Они построили модель, в которой бусины объединяются в бруски по трое. Размер такого бруска вычисляется по количеству бусин, которое нужно для того, чтобы цепь завернулась на 180 градусов (в данном случае — шесть бусин).
Когда конец цепочки вытягивают из стакана вверх, каждый брусок поворачивается так, что его нижний конец начинает давить на стакан и оставшуюся в нем часть цепи, которые в ответ давят на брусок, выталкивая его вверх. Без этого цепь просто «перетекала» бы через край стакана, не образуя «фонтан», считают ученые. Они продемонстрировали такое поведение, сделав цепь, в которой отдельные бусины прилегали друг к другу не плотно, а были разделены нитью и не могли образовывать бруски.
Биггинс и Уорнер, преподающие физику в Кембридже, изначально наткнулись на «фонтан» из бусин в поисках заданий для своих студентов. Объяснение этого феномена ученым подсказал эксперимент Энди Руины (Andy Ruina) и его коллег из Корнелльского университета в Итаке (США). Они показали, что брошенная цепь падает быстрее, когда ее конец касается поверхности. Это объясняется похожим образом: как только конец первого бруска в цепи касается поверхности, она давит на него вверх, из-за чего брусок переворачивается и другой его конец тянет другие бруски за собой вниз.
Гневный коммент с разоблачением?
По-моему это объяснение просто чушь собачья.
Во-первых цепочка бусинок вытекая из стакана перекручивается и соответственно цепочка становится ещё более жесткой.
Во вторых, здесь главное влияние оказывает эффект хлыста. Рукоятка кнута постуха движется сначала вперед, затем резко назад, что создает волну в жесткой части хлыста сплетенной из сыромятной кожи, которая двигаясь вдоль него выбрасывает вперед конец хлыста с характерным звуком. (Чтобы звук был максимальным, сечение хлыста от рукоятки к кончику хлыста постепенно уменьшается).
Здесь происходит то же самое, только в вертикальном исполнении. Сначала цепочка тянется вверх, потом резко начинает падать вниз со всё возрастающей скоростью. В результате образуется стоячая волна над стаканом, высота которой будет зависеть от высоты стакана над поверхностью. Движению этой волны вверх, как в хлысте, мешает сила тяжести.