Хоккейная шайба

С какой силой нужно ударить по шайбе, чтобы забить вратаря в ворота?

— Том

Этого просто не может произойти.

Проблема не в том, чтобы ударить по шайбе достаточно сильно. В этом блоге мы не считаемся с такими ограничениями. Люди с клюшками не могут заставить шайбу лететь быстрее 50 метров в секунду, так что пусть шайбу запускает или хоккейный робот, или электромагнитная катапульта, или гиперзвуковая газовая пушка.

Основная проблема, говоря кратко, заключается в том, что хоккеисты тяжелые, а шайбы — нет. Вратарь в полной экипировке весит примерно в 600 раз больше, чем шайба. Даже после самого мощного удара по воротам шайба имеет импульс меньше, чем десятилетний паренёк на скейте, движущийся со скоростью 2 километра в час.

Помимо всего прочего, хоккеисты очень прочно стоят на льду. Игрок, несущийся на полной скорости, может остановиться через считанные метры, что говорит об огромной силе сцепления со льдом. (Можно также предположить, что если начать медленно наклонять каток, то игроки не будут соскальзывать, пока угол наклона не приблизится к 50 градусам. Естественно, это всего лишь догадка, и её нужно проверить экспериментально.)

Оценив скорость столкновений на видеозаписях и проконсультировавшись с моим другом-хоккеистом, я подсчитал, что 165-граммовая шайба должна лететь со скоростью от 2 до 8 Махов, чтобы забить вратаря в ворота: быстрее, если вратарь готов принять удар, и медленнее, если шайба летит по восходящей траектории.

Выстрелить предметом со скоростью 8 Махов — не такая сложная задача. Один из наилучших способов — упомянутая ранее гиперзвуковая газовая пушка, которая имеет тот же принцип действия, что и пневматическая винтовка.

Но вот у самой шайбы, движущейся на такой скорости, появятся серьёзные проблемы. Пусть и не такие масштабные, как у релятивистского бейсбольного мяча, но воздух перед шайбой будет сильно сжиматься и очень быстро нагреваться. Скорости шайбы недостаточно, чтобы ионизировать воздух и оставить огненный шлейф, как метеор, но поверхность шайбы — если времени будет достаточно — начнёт оплавляться или обугливаться.

Сопротивление воздуха, однако, будет очень быстро замедлять шайбу, так что она достигнет цели лишь с малой долей первоначальной скорости в 8 Махов. И даже при столкновении на полной скорости, шайба, скорее всего, не прострелит вратаря насквозь. Вместо этого при ударе она взорвется с энергией, сравнимой с большой петардой или маленьким бруском динамита.

Возможно, вы, как и я, впервые увидев этот вопрос, представили себе ровную — как в мультиках — дырочку в форме хоккейной шайбы в теле вратаря. Но такое представление вызвано тем, что наша интуиция очень обманчива, когда дело доходит до столкновения различных материалов на высоких скоростях.

Давайте нарисуем в воображении другую, более точную картину: представьте себе, как спелый, сочный помидор, брошенный со всей дури, врезается в торт.

Примерно так это и будет выглядеть.