$10 000 на то, что я прав [Veritasium]
Вот сайт с шаурмой likes. Я иду заключать пари 10,000 долларов на то, что в ролике про ветра mobile не было ошибок. Напомни о чем речь: у этого болида нет батарейки, мотора и других источников энергии, только ветер. И что удивительно, метро мобиль может разгоняться быстрее ветра, который его жизнь толкает.
Профессор физики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе уверен, что я неправ, и моё объяснение неверно. Какое-то время мы переписывались, а потом я подумал, почему не поспорить на 10,000 долларов, что я все-таки смогу доказать свою правоту. По моему удивлению, он это предложение принял, но никто не совершенен. А у вас, надо сказать, гораздо меньше ошибок, чем у большинства авторов на Ютюбе.
Александр Кущенко сам захотел, чтобы весь наш спор проходил при свидетелях, и даже предложил позвать каких-нибудь знаменитостей. Я обратился к нему: "Де Грасс Тайсон, У Билана или Шону Кэрол?" который не смог присутствовать. Алекс, позвольте отметить, что я полностью согласен с вашим мнением о канале. Перетащу видео, которые снимает Дерек, можно смотреть, не опасаясь, что он скажет какую-нибудь глупость. Именно Дерек молодец, удерживаем. Я рад, что мы заключили пари. Если я в чем-то не прав, мне хочется об этом знать. Суть моих видео в том, чтобы докопаться до истины, мы ведь за этим сегодня и собрались, и у нас это, скорее всего, получится.
Я кратко представлю основные тезисы аргументы Алекса, его презентацию с подробностями ищите в описании. Давайте я сначала озвучу, что я для себя отметил в этом ролике. Испытания проходят в условиях порывистого ветра, и возможно, скорость ветра превышает скорость болида поначалу. Но затем ветер стихает, а ветра мобиль продолжают двигаться по инерции, постепенно замедляется.
Иными словами, по версии Алекса, порыв ветра разгоняет blackbird, затем стихает и какое-то время метро мобиль действительно обгоняет ветер. Но на самом деле замедляется — это вывод, которому я в итоге пришел. Пока болид движется, я покажу расчеты: быстрее скорости ветра он на самом деле замедляется.
Второй момент: скорости ветра замеряют на высоте метр-полтора от земли, но пропеллер находится на высоте около трех. Из-за контакта с поверхностью скорость воздушных слоев неоднородна, а у самой земли она ниже всего и увеличивается по мере подъема. Алекс рассчитал, что на высоте пропеллера ветер может дуть на 10-15 процентов быстрее, чем на уровне кабины. Поэтому возможно, что весь болид целиком двигается быстрее того ветра, что в самом низу, но медленнее, чем ветер у винта.
Я не думаю, что этот эффект особо ощутим, но в сочетании с предыдущим фактором, это может оказать влияние на конечный результат. В общем, у меня все. Лестным, я ничего не путаю. В ролике Гарри говорил, что они отгоняли вечера у 2,8 раза. Могут ли эти эффекты объяснить такую разницу?
Это же какой вопрос: сначала был сильный ветер, а потом резко стих. Замечательный вопрос. Как мы знаем, рекорда не устанавливают с первого раза, значит, было много попыток снова и снова и снова, пока не поставить рекорд. Это нормально. Вполне вероятно, что один раз получилось поймать порыв ветра, который оказался в 3 раза быстрее основного потока, и этот результат записали. Вот откуда могла взяться такая разница в скорости.
А что насчет беговой дорожки? Эксперимент проходит в закрытом помещении, полотно дорожки идеально имитирует постоянный попутный ветер. Если машинка остается на месте, это то же самое, как если бы она двигалась со скоростью ветра. А если начинает двигаться вперед, значит, способна этот ветер обогнать. Но Алекс может предложить несколько объяснений, почему в этих видео нам показывают не совсем то, что кажется.
Скорость беговой дорожки все равно немного варьируется: когда придерживаешь модель, можно неосознанно подтолкнуть ее в нужном направлении. То есть человек с этой вилкой-ложкой немного подруливает модель вправо или влево. И, как вы указали, может не преднамеренно подтаскивать ее к себе. Ну да, я уверен на сто процентов, что это происходит случайно. Понимаете, но когда ожидаешь увидеть что-то определенно знакомое, проблема. Именно классическая ситуация вы все верно понимаете.
Итак, результаты экспериментов Алекса убедили. А что насчет теоретических наработок? В статье, которую написал профессор и мантии Марк, дело в том, что он обнаружил несколько проблем. Главное уравнение результатирующей силы: в знаменателе появляется разной скорости ветра мобиля и ветра, получается, что если их скорость совпадает, сила должна быть бесконечной. Здесь уже вопрос безопасности, получается: если дырок приблизиться к скорости ветра, разница скоростей будет стремиться к нулю.
Если это миллионная процента, получится энергия как при ядерном взрыве — это очень опасно, так ведь? Нужно что-то срочно придумать, чтобы спасти дорогу жизни, это не шутки. Деление на ноль — серьезно. Я даже не заметил, Алекс предложил свою версию расчета без потенциальных опасных делений. По его формуле blackbird никогда не догонит и тем более не гонит ветер. Ускорение болида всегда отрицательное. То есть, двигаться быстрее скорости ветра в принципе можно, но вот с нулевым ускорением, то есть с постоянной скоростью не получится.
На этом, собственно, мы закончили. Отлично, спасибо. Спасибо, Нил, большое спасибо. Спасибо за помощь. Итак, не нужно было убедить профессора Кущенко в том, что blackbird может обогнать попутный ветер. Его презентация отлично сработала. После того звонка Билл Най прислал мне письмо. Я практически уверен, что создатели blackbird дурачат самих себя или нас, или всех разом.
Я не особенно критично рассматривал ролик, но если бы это работало, новость облетела бы НИР. Не извиняюсь за каламбур. Быстрее ветра. Когда я рассказал об этом в Твиттере, Алекс, который занимается китайским каналом Veritasium, написала: "Берег, видимо, ты проиграл! Я на 80 процентов уверена, что Алекс прав". Стоит отметить, что никто из нашей компании не видел моих попыток создать эксперимент на беговой дорожке для первого видео. Моя коллега по Ютюбу за и La Fox собрала собственную модель метро mobile. О нет.
Первая попытка оказалась неудачной, но Зоэллу это не остановило, и через пару дней она принесла вторую версию. Что-то мне кажется, не поедет в отличие от этих моделей. Большинство её проектов работы. Она очень упорна. Можно не исходя из этого согласиться, что обогнать ветер, двигаясь в том же направлении, не... И что я понял точно так это, что я не достаточно подробно объяснил, как именно устроен blackbird и не сумел в достаточной степени подтвердить, что он действительно способен ехать по весу быстрее ветра.
В свое оправдание скажу, что концепция казалась мне достаточно известной. 1. Метра мобиль собрал ещё в 1969 году Эндрю Баур. И что интересно, в рамках дружеского спора с инженером из НАСА по имени Пол Смит, а начался этот спор и заодно студенческие работы выполнены двадцатью годами ранее! Конструктор blackbird Эрик Когалара узнал об этой истории уже после того, как собрал собственный ветра мобиль, кожаные механизмы появлялись в исследованиях под другими названиями, например, лодкой тянитолкай.
Поэтому я и представить себе не мог, что принцип работы вызовет столько сомнений, приведёт к спору на 10,000 долларов. Очевидно, требуется более подробное объяснение. Пожалуй, я просто возьму за основу возражения Алекса. Сначала разберемся с разницей в скорости ветра. Почему мы не замеряли скорость ветра на высоте винта? Ну, потому что это уже делали раньше. Ветра указатели на удочках закрепляли по бокам мачты и даже над пропеллером.
Еда первым разворачивался тот, что закреплен на кабине, но затем один за другим разворачивались все. Это значит, что все части болида движутся быстрее скорости ветра. Может ли причиной тому послужить внезапно и непродолжительной парой? Думаю, что нет. Ветра mobile оборудован спидометром, но в Твиттере подсказали, что скорость можно измерить по вращению колес. На записи испытания данные показывают, что даже когда витро указатели развернулись, валит всё ещё набирал скорость.
Стоит отметить ещё один момент: если бы виной всему была разница в скорости ветра или порывы ветра, указатели постоянно болтались бы туда-сюда. Ну или по крайней мере не развивались бы горизонтально. Но именно это происходит на протяжении 30 секунд, пока я не начинаю притормаживать, чтобы не въехать в припаркованный автомобиль. Всё ещё сомневаетесь?
Когда blackbird поставил свой рекорд скорости 44,5 километра в час при скорости ветра 16 болит, продолжал ускоряться. Это мы знаем наверняка, потому что в кабине были установлены несколько GPS трекеров. А скорость ветра измерялась в том числе на высоте пропеллера. Красным подсвеченный те 10 секунд, который был зарегистрирован рекорд. А ещё в полуфинале национальной олимпиады по физике 2013 года были вопросы про blackbird. Например, может ему двигаться быстрее ветра по ветру и против ветра. Согласно решению, возможны оба варианта, и учитывая довольно низкий уровень потери энергии, достичь можно любой скорости.
Снова признаю, что приведенные в фирме видео доказательства были не особенно надежными. То, что мы наблюдали, вполне можно объяснить порывами ветра и разницей в скорости. Но теперь, с учетом новых аргументов, согласны ли вы с утверждением, что blackbird может ехать по ветру быстрее скорости ветра и не по инерции? Профессор Кущенко был не согласен, так что я попробую объяснить еще подробнее, чтобы ни у кого, даже у моего оппонента, не оставалось сомнений в том, как все устроено.
Во-первых, напомним, что пропеллер работает не так, как вы, скорее всего, думаете. Это не ветряк, который вращается под действием попутного ветра; он вертится в обратном направлении, как вентилятор, толкая воздух назад. Он получает энергию от колес, с которыми соединён велосипедной цепи. Так что скорость попутного ветра не предел. Колеса раскручивают винт, который толкает воздух назад, что создает тягу. Но ведь тогда очевидно, что должна быть какая-то обратная сила, замедляющая вращение колес. Как так выходит, что создаваемые винтом тяги хватает, чтобы компенсировать эту силу и разгонять болид?
Секрет в том, что колеса вращаются намного быстрее относительно земли, чем пропеллер относительно воздуха и тяга может быть еще больше. Давайте рассмотрим всю ситуацию с точки зрения болида, и нам пригодится одно уравнение — мощность. Эта сила умноженная на скорость. Начнем с колес: мощность подводится в систему землей, которая движется под колеса. Она равна силе, которая действует на колеса, умноженной на скорость болида. С точки зрения пропеллера, он совершает работу над воздухом, толкая его назад. Мощность, таким образом, равна силе, которую винт прикладывает воздуху, умножить на скорость ветра мобиля минус скорость ветра.
Пропеллер вращается сквозь воздух медленнее из-за попутного ветра, но если пренебречь потерями, то мощность колес равна мощности пропеллера. Из уравнения видно, что сила на пропеллере больше, чем сила на колесах, так как винт толкает воздух назад, воздух толкает его вперед с той же силой. Это и есть тяга, которая превышает силу, тормозящую у колеса. В каком-то смысле принцип действия тот же, что и у рычага: на колеса действует небольшая сила, но на длинной дистанции, а значит, пропеллер может выдать большую силу на более короткой. Принцип тот же, что и когда едете в горку на велосипеде: вы крутите педали достаточно быстро, но с малой силой, зато колеса вращаются медленно, но с большей.
Вот тут всплывает проблемы с делением на ноль, о котором говорил профессор Кущенко. Если скорость ветра мобиля равна скорости ветра, согласно уравнению, сила пропеллера должна стать бесконечно великой. Но такого не может быть. Что же получается: вычисления неверны? На самом деле нет. По двум причинам. Во-первых, теоретически то же самое произойдет с любым рычагом: если длина одного плеча равна нулю, то вы действительно сможете поднять бесконечно большую массу, применив любую силу ко второму, но смещение массы будет равно нулю.
Во-вторых, на практике у нас плохо определяется эффективность пропеллера, когда винт не движется относительно воздуха. Для расчета лучше подходит другая формула, в которой эффективность определена и не дает деление на ноль, когда скорости равны. Выглядит страшновато, но на самом деле все как надо. Вот мы и избавились от проблемы с делением на ноль. Из-за этого уравнения вся задачка выглядит куда сложнее, чем есть на самом деле, нам даже аэродинамика не нужна! Вот если так можно сказать, тележка у неё одно большое колесо прилегает к двум катушкам поменьше.
Эта демонстрация покажет, что если у вас есть две среды, которые движутся относительно друг друга, то, когда тележка контактирует с обеими одновременно, скорость может быть выше, чем их скорость относительно друг друга. Я толкаю балку вперед и, как видите, тележка едет в том же направлении, быстрее, чем двигается балка. Обратите внимание, в каком направлении крутится большое колесо: она вращается в противоположном движению балки направлений. Точно так же ведет себя пропеллер blackbird: он отталкивается от воздуха, позволяя болиду ехать по ветру быстрее, чем попутный ветер. Такую же конструкцию вы можете собрать дома сами, впрочем, как и собственную модель ветра mobile.
Я же говорил, что заело упорно и так прошу зафиксировать: мне кажется, в этот раз все сработает. Мы сменили пропеллер. Или да, или все нас и так скоро цепи выгонит. Работает? О да, еще как! Отлично! Ты только посмотри! Какая скорость! С четвертой попытки у нас все-таки получилось. Модель спроектирована специально, чтобы её можно было легко собрать при наличии 3D-принтера и небольшого количества материала. Что и как именно надо делать, дело рассказывает в видео на своем канале, ссылка в описании. Профессор Кущенко принял свое поражение и перевел сумму в десять тысяч долларов.
Он человек слова и смог признать свою ошибку в свете новых доказательств. Что не каждый сможет сделать, особенно в публичных обсуждениях. Оставлять себе эти деньги я не собираюсь. Я хочу поддержать популяризаторов науки, поэтому объявляю конкурс одноминутных видео. Я выберу 3 видео с лучшим объяснением контур интуитивной концепцией из науки, технологии, инженерии и математики. Подробности в описании. Мне очень нравится, что в науке разногласия — это не проблема, это возможность для всех узнать что-то новое. Я, например, больше узнала в аэродинамике blackbird, её передаточных числах, а еще что объяснение в моих видео не хватает подробности. Стоит предоставлять больше аргументов и доказательств, а еще приводить расчеты для тех, кто захочет еще глубже погрузиться в тему.
Хочу поблагодарить всех причастных к этому видео: спасибо вам, Нил ДеГрасс Тайсон, Билл Най, Шон Карл Маркс, Трейла, Алекс Кущенко и Зай LaFox. Особенно я признателен Рику Когалара, изобретателю и конструктору blackbird, за ответы на все мои вопросы, постоянную поддержку и за то, что вот уже 15 лет он неустанно помогает людям понять, как устроен ветром mobile. Надеюсь, это видео положит конец всем спорам по этому вопросу.