Отвечаем на ваши гипотетические вопросы с точки зрения физики

Секция коротких ответов

Оригинал: Short Answer Section

В сегодняшней статье я коротко отвечу на некоторые вопросы читателей.

Сколько протянет Солнце, если на него направить огромный пожарный шланг? Меня об этом спросил мой шестилетний брат Адам.

— Остин Дики

Твой брат, скорее всего, удивится, узнав, что вода может сделать Солнце ещё горячее.

Шестилетний брат Остина, Адам, поливает водой Солнце.

Молекула воды состоит из атомов водорода и кислорода, которые являются топливом в термоядерной реакции Солнца. Но, что важнее, приток дополнительной массы сделает Солнце тяжелее. И оно сможет намного сильнее сталкивать частицы, в результате чего реакция пойдёт быстрее. Значит, Солнце будет светить ярче и сожжёт всё своё топливо быстрее.

Если же продолжить лить воду, Солнце пройдёт через множество невероятных этапов. В ходе одной из фаз, которая называется «гелиевая вспышка», скорость реакции будет пропорциональна 40-ой степени температуры; по-моему, это самая большая степень, которую я когда-либо видел в уравнениях физических процессов!

Так или иначе, звезда схлопнется, сбросит внешнюю оболочку и станет чёрной дырой. Эта чёрная дыра, испуская рентгеновские лучи, продолжит всасывать воду до тех пор, пока в системе муниципального водоснабжения не заметят, что вы делаете, и не отключат её вам.

Что произойдет, если направить луч света (или лазера) внутрь сферы, сделанной как одностороннее зеркало?

— Чейз Монгомери

Хотите — верьте, хотите — нет, но вам всю жизнь врали. Такой вещи, как одностороннее зеркало, не существует.

Стекло либо пропускает свет, либо отражает его, и не существует стекла, которое бы позволяло свету проходить насквозь с одной стороны, а с другой — отражало бы его. Стекло в полиции — частично отражающее с обеих сторон. Суть в том, что на стороне заключённого свет ярче, так что зеркало отражением скрывает то небольшое количество света, что идёт со стороны наблюдателей.

Два человека в тёмной комнате смотрят через одностороннее зеркало на человека в светлой комнате.

Если бы Майкл Фелпс смог неограниченно долго задерживать дыхание, сколько времени у него бы ушло на то, чтобы достигнуть самой глубокой точки океана и подняться назад?

— Джимми Морей

Вероятнее всего, он ослепнет и умрёт где-то между 100 и 400 метрами.

Майкл Фелпс не может всплыть, потому что его золотые медали слишком тяжёлые.

Человеческое тело довольно хорошо выдерживает высокое давление. При хорошей подготовке мы можем выжить при давлении в несколько десятков атмосфер. Разные системы организма выходят из строя на разных глубинах, но одно из наиболее жёстких ограничений — это нервный синдром высокого давления. При погружении глубже 100 метров дайверы становятся нервными и легко возбудимыми (особенно, если давление повышается быстро), и в то же время начинают постоянно проваливаться в сон и просыпаться. Причиной этого явления может быть прямое давление на мозг.

Но давайте предположим, что Майкл Фелпс неуязвим для всего этого. В этом случае весь вопрос только в скорости.

Существует не так много рекордов по подводному плаванию, и, если основываться на том, как быстро этот парень проплыл 50-метровку на спине, Майклу потребуется…

$$ 2\times\text{Глубина Марианской впадины}\times\frac{23{,}1\textrm{ секунды}}{50\textrm{ метров}}\approx3\textrm{ часа} $$

…чтобы совершить путешествие.

В первом «Супермене» супергерой облетел Землю так быстро, что она начала вращаться в обратном направлении. И вследствие этого время пошло вспять. <…> Как много энергии потребуется для того, чтобы человек, летающий вокруг Земли, вызвал смену направления вращения?

— Эйдан Блэйк

Кое-кто недавно вынес мне мозг, сказав, что я понимал эту сцену неправильно всю свою жизнь. Я лучше поясню, что там происходило по моему мнению.

Супермен никак не влиял на Землю. Он просто летел достаточно быстро, чтобы вернуться назад во времени. (Быстрее скорости света, я полагаю? Ох уж эта физика комиксов.) Земля изменяет направление вращения, потому что мы видим, как он перемещается назад во времени. У него не было необходимости каким-то образом менять направление собственного полета.

Теперь, когда я осознал другую позицию, я вижу — в этом есть какой-то смысл. Ну, примерно такой же, как в путешествующем во времени мужике в-красном-плаще-и-трусах-поверх-трико.

Изменение направления вращения Земли (и того, что за этим последует) — тема для другой статьи.

Насколько быстро должен двигаться автомобиль, чтобы можно было утверждать, что красный цвет показался зелёным из-за эффекта Доплера?

— Юци Турниански

$$ \frac{\text{Длина волны красного света}}{\text{Длина волны зелёного света}}=\sqrt{\frac{1+\frac{\text{Скорость автомобиля}}{\text{Скорость света}}}{1-\frac{\text{Скорость автомобиля}}{\text{Скорость света}}}} $$

$$ \textrm{Скорость автомобиля}=\frac{\textrm{Скорость света }\times\left ( \textrm{Длина волны красного света}^2-\textrm{ Длина волны зелёного света}^2\right )}{\textrm{Длина волны зелёного света}^2+\textrm{ Длина волны красного света}^2} \approx \frac{1}{6}\textrm{ скорости света} $$

Что случится, если открыть портал между Бостоном (уровень моря) и Мехико (более 2 км над уровнем моря)?

— Джэйк Ж.

Из закона Бернулли следует, что средний воздушный поток будет составлять примерно:

$$ \text{Поток воздуха} = \sqrt{2 \times \frac{\text{Давление на уровне моря} - \text{Давление в Мехико}}{\text{Плотность воздуха}}} = 708\textrm{ км/ч} $$

Эта скорость достаточно велика, чтобы сдуть с парковки весь асфальт. Я бы разместил портал на площади Кендэлл: для парней из MIT такие вещи, скорее всего, привычное дело.

Однажды, когда я только начинал встречаться со своей женой, она пригласила меня пообедать у себя дома. На кухне стояло нечто под названием «стулья Баухаус», которые были полны дыр диаметром около 5—6 миллиметров как на спинке, так и на сидении. Во время этого замечательного обеда я был вынужден выпустить небольшую порцию газов и выпустил, ухитрившись сделать это очень дискретно. Получилось так, что стул, на котором я сидел, преобразил благополучную тишину в восхитительный — и громкий — звук флейты. Мы оба (к счастью) были потрясены и удивлены, и в дальнейшем я неоднократно размышлял, какова вероятность такого события. Эти стулья у нас уже пять лет, и, несмотря на усердные попытки, воспроизвести звук не получилось.

— Р. Д.

Ну… это не совсем вопрос.

Я не понимаю, откуда эти слова взялись у меня на экране.

Но спасибо, что поделились!