Помните статью про ВЕРТУШКУ ФЕЙНМАНА? В том устройстве всё вроде бы просто и очевидно: если вода истекает в одном направлении, вертушка крутится по часовой стрелке, в другом - против. Но на самом деле всё совсем не так!
А вот ещё одна конструкция, поведение которой тоже сложно предсказать и обосновать - МАЯТНИК КАПИЦЫ.
Она состоит из прикреплённого к лёгкой нерастяжимой спице грузика, который крепится к вибрирующему подвесу. Вопрос: что произойдёт с этим грузиком, если привести систему в движение?
Оказывается, удивительной особенностью МАЯТНИКА КАПИЦЫ является как раз то, что, вопреки интуиции, его перевёрнутое (вертикальное) положение может быть устойчивым в случае быстрых вибраций подвеса.
Это явление было впервые открыто еще в 1908 году неким А. Стефенсоном, однако в течение длительного времени не имелось математического объяснения причин такой устойчивости. А наш соотечественник, Пётр Леонидович Капица в 1951 году построил целую теорию для описания такой системы. И это открыло новое направление в физике - вибрационную механику.
Самое интересное, что теория Капицы, созданная на основе изучения свойств этого вроде бы очень простого устройства и описывающие её уравнения позволяют рассчитать колебания разогретой до миллионов градусов плазмы в термоядерных реакторах, предсказывать колебания мостов от ветра и используются при проектировании небоскребов, устойчивых к землетрясениям.
А ещё, как это ни странно, с её помощью можно выйти на объяснение преимуществ прямохождения двуногих организмов. Ведь при ходьбе, по факту, устойчивость тела увеличивается в несколько раз по сравнению с устойчивостью при стоянии. Более того, существует даже гипотеза, которая объясняет устойчивость тела при ходьбе колебательными движениями центра голеностопного сустава. Тело человека представляется с позиции перевёрнутого маятника с центром в области голеностопных суставов, который приобретает устойчивость в вертикальном положении, если его центр совершает колебание вверх-вниз с достаточно высокой частотой (как в случае МАЯТНИКА КАПИЦЫ).
Пётр Леонидович Капица (26 июня/8 июля 1894 - 8 апреля 1984) - советский физик, инженер, дважды Герой Социалистического труда, академик АН СССР, лауреат двух Сталинских премий I степени, член Лондонского королевского общества, член Леопольдины, иностранный член Национальной академии наук США. Нобелевский лауреат по физике 1978 года «за фундаментальные изобретения и открытия в области физики низких температур» (за открытие явления сверхтекучести гелия).
Родился в Кронштадте, в семье военного инженера. Поступил в гимназию, но поскольку плохо успевал по латыни, его перевели в Кронштадтское реальное училище. Затем учился на электромеханическом факультете Петербургского политехнического института.
Во время Первой мировой войны пошёл добровольцем на фронт, служил водителем на санитарном автомобиле и возил раненых на польском фронте.
По окончании войны продолжил учёбу, а когда завершил учёбу, его пригласили на работу в Физико-технический отдел недавно созданного Рентгенологического и радиологического института.
В 1921 году его, как перспективного молодого человека, в составе комиссии Академии наук отправили в страны Западной Европы, набираться опыта. Попав в Лондон, он устроился в Кавендишской лаборатории под началом Эрнста Резерфорда, а затем начал работать в Кембридже и защитил там диссертацию на тему «Прохождение альфа-частиц через вещество и методы получения магнитных полей».
Начальство было очень высокого мнения о нём, поэтому ему дали стипендию Кларка - Максвелла, сделали заместителем директора Кавендишской лаборатории по магнитным исследованиям, приняли в члены Лондонского Королевского общества и даже выделили 15 000 фунтов стерлингов на строительство в Кембридже специальной лаборатории для Капицы.
И это при том, что русский учёный не отрекался от своей родины, поддерживая связи с СССР и всячески содействуя международному научному обмену опытом.
Несмотря на то, что всё это время он продолжал жить в Англии и регулярно приезжал в СССР на отдых и повидать родных, ему никто из представителей Советской власти не мешал, хотя и предлагали остаться. Однако в 1934 году Капице, с подачи Сталина, всё-таки сделали предложение, от которого он не смог отказаться. В результате он, приехав в последний раз в Союз, больше отсюда не выезжал. Странное дело - англичане разрешили ему перевезти к себе оборудование лондонской лаборатории.
В СССР ему предоставили все возможные блага - номер в гостинице "Метрополь", личный автомобиль, деньги на приобретение всего необходимого для жизни и работы. Однако условия здесь были всё-таки совсем не те, что в Англии.
Несмотря на то, что сообщество советских учёных его долгое время игнорировало и не принимало, Капице удалось создать при Институте Физических проблем свою собственную компанию инициативных и перспективных физиков, а также организовать «капичник» — знаменитый семинар Петра Леонидовича, который вскоре приобрёл всесоюзную известность.
В 1938 году Пётр Леонидович сделал фундаментальное открытие сверхтекучести жидкого гелия, а также начал активно внедрять своё изобретение в области производства жидкого кислорода - так называемый детандер (турбодетандер).
В итоге его всё-таки приняли в действительные члены Академии наук СССР.
Когда началась Великая Отечественная война, институт Капицы был эвакуирован в Казань. Разработанные учёным методы разделения воздуха и получения жидких газов очень помогли при производстве взрывчатки. За это в 1945 году он получил звание Героя Социалистического Труда, а возглавляемый им институт был награждён Орденом Трудового Красного Знамени.
Несмотря на то, что Сталин относился к нему неоднозначно, Капицу всё-таки назначили в роли куратора в атомном проекте, стартовавшем в 1945 году. Потому что только он смог разработать низкотемпературную технологию разделения изотопов урана.
Зуб на него имел и всесильный Берия - ему очень не нравилось, что Капица предлагал свои идеи в рамках атомного проекта, хотя можно было просто использовать разработки американцев, полученные по линии разведки. Учёного не стали трогать, но отстранили от дел.
Впоследствии правота его идей подтвердилась, а разработки в области криогенной техники позволили совершить переворот в сталелитейной промышленности. Однако это стало очевидно только после смерти Сталина и ареста Берии. Тогда учёного вернулся на пост директора ИФП, сделали его главным редактором "Журнала экспериментальной и теоретической физики", избрали членом президиума АН СССР и пр.
В 50-е годы Капица занимался свойствами плазмы, гидродинамикой тонких слоёв жидкости, изучал природу шаровых молний и даже повлиял на решение о создании первого искусственного спутника Земли. А ещё он руководил Институтом физических проблем, привлёк многих ведущих специалистов страны. И создал журнал "Квант" для физически озабоченной молодёжи.
В 1965 году ему разрешили выехать из Советского Союза в Данию для получения Международной золотой медали Нильса Бора. Ещё через 4 года отпустили в США. А в 1978 году он выступил в Стокгольме с Нобелевской лекцией на тему «Плазма и управляемая термоядерная реакция».
Говорят, что всю полагающуюся Нобелевскую премию он оставил себе, положив в швейцарский банк.
С именем этого человека связаны следующие эпонимы
- ЭФФЕКТ КАПИЦЫ - ДИРАКА - квантово-механический эффект, заключающийся в дифракции вещества на стоячей волне, полностью аналогичный дифракции света на периодической решётке, но с обращёнными ролями вещества и света
- ЗАКОН КАПИЦЫ - эмпирический закон, установивший зависимость электрического сопротивления поликристаллических металлических образцов, находящихся в сильных магнитных полях, от напряжённости магнитного поля.
- СКАЧОК ТЕМПЕРАТУРЫ КАПИЦЫ - явление в жидком гелии, состоящее в том, что при передаче теплоты от твёрдого тела к жидкому гелию (или обратно) на границе раздела возникает разность температур.
- ЗАДАЧИ КАПИЦЫ - оригинальные задачи, которые Пётр Леонидович давал студентам для проверки их способности мыслить нестандартно.
Например: "У автомобиля, участвующего в гонке, лопается шина. С какой скоростью должен ехать автомобиль, чтобы шина не сминалась?"
Или: "Во сколько раз можно увеличить высоту прыжка акробата однократным применением трамплина?"
Или: "Объясните, почему для данного размера лука существует определенный размер стрелы, который будет иметь наибольшую дальность полета?
Оцените этот размер для лука данной конфигурации".
Или: "С какой скоростью должен лететь теннисный мяч, чтобы он разбил стекло?"
И пр.
Вы можете поддержать канал, перечислив любую доступную вам сумму на кошелёк ЮMoney 4100 1102 6253 35 (или на карту Райффайзенбанка 2200 3005 3005 2776). И поучаствовать в создании книги по материалам этих статей. Заранее всем спасибо!