«На лабораторной работе по физике наш учитель поставил зажженную свечу на вращающийся столик. Мы думали, что при вращении столика увидим, как кончик свечи отклонится наружу, а он вместо этого указывал внутрь круга. Это явление не смог объяснить даже директор школы. Может быть, вы сможете?»

Рут Хейвленд

Бетус-и-Коэд, Гуинет, Великобритания

Да, читатели смогли, но несмотря на то что ответов пришло много, понадобилось объединить их, чтобы составить ясное представление. Скажем сразу, что задача действительно серьезная. – Ред.

Моей первой реакцией было недоверие. Я поставил опыт сам – и действительно, пламя повело себя по-другому. Оно тянулось за свечой, которая вращалась по орбите вокруг центра столика. Точно так же пламя ведет себя, когда мы несем в руках зажженную свечу.

Гарет Келли

Учитель физики,

школа Пенглес, Аберистуит, Дивед, Великобритания

Прочитав вопрос, я нашел у себя на кухне свечу и поставил ее на вращающуюся доску для сыра. При скорости примерно 60 оборотов в минуту пламя просто тянулось за свечой и не отклонялось ни внутрь круга, ни наружу. Позднее в тот же день я повторил эксперимент с проигрывателем для пластинок, включенным на 78 оборотов в минуту, и результат оказался тем же. Или я что-то упустил?

Джон Эштон

Монмут, Гуэнт, Великобритания

Да, читатели из Диведа и Гуэнта, вы действительно кое-что упустили, хотя ваша деятельность и честность достойны похвал. Итак, сначала… – Ред.

Чтобы увидеть этот эффект, свечу следует поместить в какой-нибудь сосуд, иначе пламя оттянется назад. Итак, свечу – в банку, банку – на край вращающегося столика.

Дэвид Мей

Учитель физики,

муниципальный колледж Хинд-Лейз,

Шепшед, Лестершир, Великобритания

Причина, по которой пламя свечи направлено внутрь круга, – слабая центробежная сила, которую создает вращающийся столик.

Дэвид Блейк

Стерлинг, Великобритания

По мере вращения воздуха в банке на центрифуге более плотный воздух выходит с предсказуемыми последствиями. – Ред.

Пламя свечи наклоняется к центру круга по тем же причинам, по которым пламя направлено вверх, а не вниз. Нагретый пламенем воздух не такой плотный, как окружающий, поэтому более плотный воздух выходит из банки, отклоняя пламя свечи внутрь.

Если бы я была придирой, то возразила бы, что движение менее плотного пламени свечи ускоряет та же центростремительная сила. Согласно известному закону Ньютона для одной и той же силы произведение массы и ускорения одинаково. Если же масса уменьшится, ускорение должно возрасти. А школьникам достаточно просто понять, что сила больше действует на плотный воздух.

Сью-Энн Боулинг

Университет Аляски,

Фэрбенкс, Аляска, США

Можно также перейти к системам координат и математике. – Ред.

Понять, почему пламя свечи указывает внутрь круга, гораздо легче, если рассмотреть эту задачу в линейной системе координат. Представим, что вы едете в машине и держите за веревочку шарик с гелием. Вы резко затормозили. Что случилось с шариком? Ремень безопасности врезался вам в тело, а шарик отнесло к заднему сиденью. Все потому, что воздуху в машине присуща инерция, он продолжает двигаться вперед вместе с вами, а шарик стремится в область самого низкого давления и низкой плотности воздуха – в заднюю часть салона.

Подобно этому, пламя свечи обладает «плавучестью», своей формой оно обязано сложному взаимодействию между горячим воском у фитиля и температурой окружающего воздуха. Поэтому пламя тоже уплывает в направлении самого низкого давления – к оси вращения. Закончим аналогию: свеча, как и машина, движется с ускорением по отношению к воздуху, окружающему пламя, поэтому воздух направлен из круга радиально по отношению к свече, а пламя – к центру круга.

Том Тралл

Университет Тасмании, Австралия

В закрытой банке менее плотные газы пламени будут вытесняться к центру вращения под действием центростремительной силы. Можно определить арктангенс угла пламени (a / g) в плоскости с вертикалью (где а – центростремительное ускорение).

Тот же эффект можно продемонстрировать с помощью наполненного гелием шарика в машине. Шарик отклоняется вперед при ускорении, назад – при торможении и вбок – на поворотах. Применима та же формула. Для машины, которая обходит поворот дороги по дуге радиусом 20 метров со скоростью 50 километров в час отклонение должно составить около 44°.