Проблему Фейнмана з макаронами вирішено майже через 50 років

Великий фізик ХХ століття, нобелівський лауреат Річард Фейнман, зазвичай досягав успіху в тих завданнях, за які брався - наприклад, у створенні квантової електродинаміки. Проте, одне з поставлених ним завдань він так і не вирішив. За свідченням очевидців, цілий вечір доктор Фейнман задумливо виймав з пачки спагетті по одній, брав її за два кінця і гнув, поки та не зламається.

Макаронина ламалася на три частини, на чотири, на п'ять або більше. Але жодного разу вона не зламалася на дві частини (кожен бажаючий може повторити дослід і переконатися в справедливості правила).

Геніальний теоретик відкладав спагетті і списував формулами аркуші паперу, а потім знову повертався до експериментування. Але пояснення ефекту - не кажучи вже про практичний рецепт розламування спагетті рівно надвоє - залишалося невловимим.

Завдання було вирішено лише тепер, - в рік сторіччя Фейнмана і через 30 років після його смерті, - про що і повідомляє стаття в Proceedings of the National Academy of Sciences, одному з найпрестижніших наукових видань світу.

Не можна сказати, що фізики надовго відклали роботу над цією проблемою: загадка не могла не хвилювати їхні розуми, і протягом десятиліть вони раз у раз відкладали поточні справи і поверталися до макаронів. Нарешті, в 2005 році успіх посміхнувся французьким вченим Базилю Одолі і Себастіану Нейкіршу: вони запропонували теоретичне пояснення ефекту. Справа в тому, що якщо згинати суху макаронину, - або будь-який інший жорсткий стрижень, - він врешті-решт зламається десь поблизу середини, тобто там, де вигин максимальний. Однак в момент розлому по стрижню поширюється хвиля деформацій, які призводять до додаткових розломів в інших місцях, в залежності від малюнка поширення прямої і відображеної хвиль. Робота французьких дослідників в 2006 році удостоїлася Шнобелівської премії. Однак половина завдання залишилася невирішеною: що потрібно зробити, щоб все-таки зламати спагетті на дві частини? Цим і зайнялися вчені з Массачусетського інституту технологій.

Професор Йорн Дункель доручив завдання своїм студентам, Рональду Хайсеру, Едгару Гріделло і Вішалу Патілу, як підсумковий проект по курсу «Нелінійна динаміка: континуальні системи». Для чистоти експерименту макарони ламали не вручну, а за допомогою спеціально розробленого приладу: стрижень закріплювався з двох сторін, і до нього прикладалося ретельно дозоване механічне зусилля. І рішення було знайдено.

Щоб зламати спагетті на дві частини, потрібно не тільки гнути їх, але одночасно скручувати, причому досить сильно. Стандартну 25-сантиметрову макаронину доведеться скрутити мінімум на 270 градусів: тоді в більшості випадків на ній утворюється всього один розлом.

Після серії експериментів пішла теоретична робота: слід пояснити, в чому ж диво скрученої макаронини. З'ясувалося наступне: при першому розломі відбувається релаксація напруги скручування. Так само як і з вигином, хвиля коливань поширюється уздовж макаронини від зламу до кінців.

Однак хвиля коливань скручування біжить швидше, і вона встигає розсіяти енергію ще до того, як хвиля вигинів призведе до нових зламів. Теоретичні розрахунки повністю збіглися з даними експерименту.

Практичне значення роботи дуже велике. Жорсткі циліндричні стержні - елемент різноманітних інженерних конструкцій. Людину, що йде по мосту, приємно заспокоює думка, що такі конструкції розраховуються за останнім словом науки про опір матеріалів. Однак той факт, що завдання Фейнмана так довго залишалася невирішеним - а значить, інженери взагалі не мають жодного уявлення про те, чому жорсткий стрижень ламається саме так, а не отак - може затьмарити прогулянку.

За словами керівника дослідження Йорна Дункель, отриманий результат поглиблює розуміння того, як скручування впливає на каскадні злами. Однак вчений застерігає, що теорія поки що описує тільки спагетті: щоб зрозуміти поведінку лінгвіні, що мають форму стрічки, будуть потрібні додаткові розрахунки.

---

© знайдено в мережі