В немалък офис, какъвто е нашият, гледката на човек, хукнал нанякъде с чаша кафе в ръка, изобщо не е необичайна. Не са необичайни и проклятията, които започват за се ронят от устата на същия този човек, щом успее да се полее с въпросната чаша. Някои го наричат закон на Мърфи, други непохватност, но доскоро никой не беше разглеждал въпросното явление през призмата на науката.
Миналия месец в списанието за физика Physical Review E излезе интересна публикация на двама инженери от Калифорнийския университет с хубавите американски имена Руслан Кречетников и Ханс Майер. Те казват, че проблемът с разплискващото се по време на движение кафе е особено сложен и се корени както в биомеханиката, така и в хидродинамиката.
За вас ходенето може да е проста работа, но за учените не е. Неслучайно то често се описва като серия от контролирани падания. Виждате ли, когато се придвижвате нанякъде, центърът на тежестта ви описва доста странна траектория. Той не само, че непрекъснато се ускорява и забавя в посоката, в която се движите, но се мести нагоре-надолу, а също така и настрани. Ако искате повече специфика, трябва да знаете, че страничното клатушкане на центъра на вашата тежест се случва с честота около 1,25 херца, а вибрацията напред-назад – с приблизително 2,5 херца. Естествено, тези неща могат да варират в зависимост от вашия пол, възрастта ви, здравословното ви състояние и т.н.
inm.comСега, трябва да имате предвид, че любимата ви чаша с кафе не се намира там,
където се намира центърът на тежестта ви, а е "свързана" с него посредством вашите пръсти, китката ви, лакътната и раменната стави, лопатката и т.н. Всяко едно от тези звена често извършва
движение, което е доста различно от траекторията и динамиката на вашата походка.
И въпреки че, за да установите това не ви е необходимо кой знае какво образование и техника, нашите учени хващат някакъв несретник и го карат да се разхожда из лабораторията с чаша кафе в ръка по права линия с променлива скорост. Те записват човешкото движение и траекторията на чашата, а с помощта на специален сензор отчитат всеки път, когато възниква разливане. След което започват да изследват естествената резонансна честота на "изправения цилиндричен контейнер" (т.е. чашата) спрямо "невискозният, ламинарен и несвиваем флуид" (т.е. кафето).
Но какво е естествената резонансна честота? Представете си, че сте напълнили ваната наполовина с вода и потапяте крака си в единия й край. После го вадите и от същия този край, към противопостоящия, потегля малка вълничка. Тя ще достигне дотам, след което ще отскочи и ще се върне обратно към мястото, откъдето е тръгнала. Това явление най-вероятно ще продължи да се случва за известно време, но в случая важното е, че сме станали свидетели на резонансната честота на ваната спрямо водата.
Тъй като чашата е доста по-малка, нейната резонансна честота е по-висока. По-същественото за нас е, че поради някакво нещастно стечение на обстоятелствата, тази честота много често съвпада с честотата на човешкото движение по време на ходене. А както знаем от Уикипедия: "Резонанс във физиката (от френски résonance) е явление, при което амплитудата на принудените трептения рязко се увеличава, когато честотата на трептене на външния източник стане близка до естествената честота на трептене на предмета." С други думи, начинът, по който ходите с кафе в ръка, доста наподобява начина, по който сте засилвали люлката като малки деца.
inm.com
За да не се случва така, инженерите предлагат няколко възможни решения. Едното е използването на чаши с гъвкави стени (пластмасови, силиконови), които да абсорбират енергията на вълните и да "смекчават" плискането. Друг вариант е употребата на чаши с вътрешни концентрични релефни пръстени (!), които да разбиват голямата вълна на по-контролируеми малки вълнички. Трето и далеч по-прагматично решение е да не пълните чашата си догоре, а да оставяте място, равняващо се на поне една осма от диаметъра на чашата. Комбинирайте последното с малко по-плавна походка и ще постигнете това, което в научните публикации се нарича "целенасочено потискане на резонансните честоти" :)
Добави коментар