Читать книгу "Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса - Элен Черски"

Центрифуга – один из способов применения сил, создаваемых вращением. Она позволяет сгенерировать очень большую силу, действующую в одном направлении и рассматриваемую как искусственная гравитация. Но существует и второй способ применения сил, возникающих при вращении. И помешиваемый ложечкой чай, и велосипедист на велотреке, и астронавт в центрифуге помещены в довольно жесткие рамки: все они двигались лишь по кругу, поскольку для них был воздвигнут прочный барьер, отталкивающий их в обратную сторону и не позволяющий вырваться за его пределы. Но что, если при вращении вовне нет ничего такого, что могло бы принуждать вас двигаться по строго фиксированному круговому пути? Вот довольно типичный сценарий. Мячи для игры в регби, вращающиеся волчки и «летающие тарелки» вращаются без воздействия какой-либо внешней силы, толкающей их внутрь. Давайте рассмотрим это на примере чего-нибудь хорошо знакомого и съедобного, скажем пиццы.

На мой взгляд, у идеально приготовленной пиццы должно быть тонкое и хрустящее основание – жизненно важный, но зачастую недооцениваемый фундамент, который придает особенно привлекательный и аппетитный вид ее начинке. Заготовка для пиццы имеет вид круглого комка хорошо вымешанного теста. Чтобы сделать из него тонкий лист, не порвав, требуется незаурядное мастерство. Более того, многие превращают его в подлинное искусство, а процесс приготовления основы для пиццы принимает вид некоего театрального действа. Повара, специализирующиеся на приготовлении пиццы, освоили чрезвычайно зрелищный прием, положившись на свойства вращения. Зачем вручную раскатывать комок сырого теста, если можно задействовать один из фундаментальных законов физики – особенно когда летающий диск из теста создает вокруг вас мистический ореол кулинара-кудесника!

Подбрасывание и верчение комка теста превратилось в своего рода спортивное состязание – сейчас даже проводят ежегодные чемпионаты мира по жонглированию тестом для пиццы. Более того, даже появились люди, которые называют себя пицца-акробатами. Они проделывают с заготовкой для пиццы (или даже с двумя) всевозможные трюки: в течение нескольких минут подбрасывают ее высоко в воздух, ловят на лету, вращают на пальце, прокатывают вокруг собственного тела и даже демонстрируют всевозможные приемчики в положении вверх ногами и опираясь лишь на одну руку. Вряд ли кто-то отведает пиццу, претерпевающую столько манипуляций, но само по себе зрелище производит неизгладимое впечатление. Однако рядовые мастера не работают на публику: им достаточно непродолжительного вращения заготовки из теста, чтобы получить очень тонкий лист, который послужит основой для превосходной на вид и аппетитной пиццы. Какова же роль вращения в создании тонкого листа из теста?

Несколько моих друзей, больших любителей пиццы, недавно пригласили меня в один уютный ресторанчик с открытой кухней. Я спросила у кого-то из обслуживающего персонала, можно ли понаблюдать за процессом приготовления заготовок для пиццы. Молодые итальянские повара посмеялись в ответ, но потом выбрали добровольца, который согласился продемонстрировать свое мастерство. Немного смущаясь, но в то же время гордясь возможностью покрасоваться на публике, он слегка размял и расплющил в руках комок теста, придав ему форму небольшого толстого диска. Затем поднял этот диск в руке и легким движением придал ему вращение. Диск набрал обороты.

Дальнейшие события происходили с молниеносной быстротой. Диск взмыл в воздух, внезапно освободившись от воздействия каких-либо сторонних сил. Процессы, происходящие при этом, проще всего объяснить, рассматривая какую-либо отдельно взятую точку на краю диска. Она движется по кругу – но только потому, что является составной частью диска и он втягивает ее внутрь. Эта тянущая сила, направленная внутрь, необходима, чтобы объект вращался. В случае велосипедиста, движущегося по велотреку, дорожка все время отталкивает велосипед от наружной части велотрека, заставляя велосипедиста постоянно сворачивать внутрь и кружить таким образом по треку, вместо того чтобы продолжать двигаться по прямой линии. Когда речь идет о заготовке для пиццы, именно стягивающая сила, действующая из середины заготовки, заставляет ее края принимать форму окружности. В том и другом случае должна действовать сила, направленная к центру вращения. Но заготовка для пиццы мягкая и эластичная. Если вы тянете ее, она растягивается. Середина заготовки стягивает ее края внутрь, но это говорит о наличии силы, действующей в обратном направлении и тянущей края заготовки наружу. Поэтому заготовка должна растягиваться. Когда любой твердый объект вращается, это вращение создает внутри него невидимые силы. Сила, тянущая внутрь и придающая заготовке компактную круглую форму, растягивает заготовку, и ее края расходятся все дальше и дальше от центра. Особая ценность этого обстоятельства для мастера по приготовлению пиццы заключается в том, что сила, тянущая внутрь, действует строго равномерно и симметрично по всей площади заготовки. Вращается вся заготовка целиком, поэтому вся она растягивается равномерно и симметрично в направлении от центра.

Иногда вы можете ощутить действие сил, тянущих внутрь, на самом себе. Если взять в руки сумку с каким-либо достаточно тяжелым предметом внутри и попытаться вращаться «волчком» вокруг собственной оси, то вы почувствуете действие тянущей силы, растягивающей вашу руку. Эта сила, тянущая сумку к оси вращения, обеспечивает возможность ее вращения по кругу. К счастью для вас, ваша рука куда менее эластичная, чем тесто для пиццы, поэтому она остается неизменной. Но чем длиннее ваша рука и чем быстрее вы вращаетесь, тем большую тянущую силу будете ощущать.

Итак, пока тесто для пиццы вращалось в воздухе, та же тянущая сила, которая поддерживала движение его края по окружности, постепенно растягивала его от центра в стороны. Я полагаю, тесто находилось в воздухе менее секунды, но это был довольно толстый блин, когда оно поднималось, и красивый тонкий гладкий круг, когда опускалось. Мастер продолжил вращать заготовку и еще раз отправил ее в воздух. Однако на сей раз тянущие силы оказались настолько большими, что она разорвалась посередине. Одним словом, мне показалось, что мастер слегка перестарался. Будто отвечая на невысказанную мною мысль, он скромно улыбнулся: «Именно поэтому мы обычно ограничиваемся лишь одним сеансом вращения. Вообще говоря, тесто, из которого получается наилучшая пицца, не очень-то подходит для вращения, потому что слишком мягкое. Поэтому нам не остается ничего другого, как раскатывать его вручную на доске»[61]. Кстати, заготовки, используемые во время соревнований пицца-акробатов, изготавливаются на основе особого рецепта – потому они такие прочные и эластичные. Если из такого теста приготовить пиццу, не факт, что она вам понравится. Сила, тянущая внутрь и действующая на краях пиццы, может в пять-десять раз превысить силу земного притяжения. Именно поэтому заготовка растягивается гораздо быстрее, когда вы ее вращаете, чем в случае, когда просто поднимаете в воздух и отпускаете, после чего она падает под действием собственного веса.