, Источник: N + 1

Физики разобрались в трюке с бутылкой воды

Физики из Нидерландов рассчитали оптимальные условия для популярного трюка с подбрасыванием бутылки, частично наполненной водой.

В опубликованном на arXiv.org препринте статьи ученые пишут, что наиболее устойчивое вертикальное положение после приземления будут принимать бутылки, заполненные водой примерно на 30 процентов, что хорошо согласуется с эмпирическими данными.

P. J. Dekker et al./ arXiv

В мае 2016 года американский подросток Майкл Сенаторе выложил на YouTube видео, в котором он выполняет трюк по переворачиванию бутылки с водой (англ. water bottle flipping challenge).

(Скриншот YouTube)

Суть трюка заключается в том, чтобы пластиковую бутылку, не полностью заполненную водой, нужно подбросить таким образом, чтобы, совершив в воздухе один оборот, она приземлилась на дно и осталась стоять. Из-за популярности челленджа динамику крутящейся бутылки вскоре описали на качественном уровне, определив, что в первую очередь она определяется угловым ускорением и смещением центра тяжести жидкости во время полета.

Последовательные кадры полета бутылки с жидкой водой (сверху) и цилиндра с двумя теннисными мячами (снизу), успешно приземлившихся на дно P. J. Dekker et al./ arXiv

Поэтому вероятность успешного выполнения трюка зависит от количества жидкости в бутылке, ее формы и начальной скорости вращения. Однако, несмотря на качественное описание, никаких количественных теоретических оценок для определения оптимальных параметров при подбрасывании бутылки с водой сделано не было.

Траектории трех различных систем: бутылки с «замороженной» водой, бутылки с подвижной водой и цилиндра с двумя теннисными мячами. Черными линиями показаны траектории верхнего и нижнего краев бутылки, синей линией — траектория центра масс P. J. Dekker et al./ arXiv

Группа физиков из Нидерландов под руководством Альваро Марина (Alvaro Marin) из Университета Твенте предложила физическую модель для описания полета бутылки с водой и определила диапазон параметров, в котором возможно приземлить бутылку в устойчивое положение. Сначала ученые экспериментально измерили траектории пластиковых бутылок высотой от 23 до 25 сантиметров, заполненных водой примерно на 40 процентов. Для сравнения также использовались две другие системы: бутылка, в которой жидкость «заморожена» (то есть не перемещается в полете), и цилиндрическая бутылка, в которую помещены два упругих теннисных мячика.

Значения максимального относительного увеличения момента инерции (синяя линия) и относительного положения центра масс бутылки во время приземления (красная линия). Для успешного выполнения трюка оптимальными являются минимальные значения обеих величин P. J. Dekker et al./ arXiv

Оказалось, что оптимальная степень заполнения, при которой оба эти критерия выполняются, — примерно от 20 до 40 процентов. Ученые отмечают, что эти значения очень хорошо согласуются с данными, которые были определены эмпирически и широко представлены в интернете (обычно люди используют бутылки, заполненные водой на четверть или на треть).

Стоит отметить, что это далеко не первый случай, когда физикам удается с помощью теоретических физических моделей описать популярные развлечения. Например, недавно ученые описали распространение «взрывной волны» в ленте, составленной из палочек эскимо.

Александр Дубов.

Это тоже интересно:

Хиты продаж и новинки
Самые лучшие цены на смартфоны
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас