Тайны симметрии: почему Земля – не идеальный шар, а берега реки разные

Не все, что равновесно, обязательно должно быть симметричным, но в природе все стремится к симметрии. Например, основной закон гидродинамики, закон Паскаля, говорит о том, что внутри жидкости и газов давление распределяется во все направления равномерно, то есть симметрично.

Факты о симметрии рассказывает программа "Знаете ли вы, что?" с Алексеем Иванченко на РЕН ТВ.

Зачем колеса на спорткарах устанавливают под отрицательным углом

Спортивный автомобиль крепко держится покрышками за асфальт, но зачем тогда его колеса устанавливают под отрицательным углом? Симметрично, но враскоряку? Это нужно для того, чтобы машина лучше слушалась руля.

"В гонке колесо – под наклоном. Отрицательный угол развала колеса позволяет скомпенсировать центробежные силы и возникающий крен, тем самым добиться максимальной стабильности и эффективности прохождения поворота автомобиля", – объяснил автогонщик Виталий Ларионов.

Отрицательный развал колес делает гоночную зажигалку послушной на крутых виражах. А вот у серийных авто колеса ставят "домиком" только красоты ради. Ведь на скорости, с которой разрешено передвигаться по городу, добиться максимального пятна контакта с дорожным полотном позволяют как раз стандартные параметры так называемого сход-развала.

"Это чисто эстетически. Кто-то делает (так), что диск уходит внутрь арки, и угол большой получается. Пользы это совершенно никакой не несет, потому что теряется пятно контакта с дорогой. Когда ты используешь машину ежедневно, у тебя увеличивается расход резины, потому что идет больше нагрузка на внутреннюю часть резины", – уточнил автолюбитель Сергей Лещов.

Самое симметричное геометрическое тело

Самое симметричное геометрическое тело – это шар, потому что все точки на его поверхности расположены на равном удалении от центра. Неудивительно, что шарообразные спортивные снаряды ведут себя и на земле и в воздухе более предсказуемо, чем овальные или цилиндрические. А помогает им в этом эффект Коанда. 

Яркий его пример – яйцо, танцующее в струе воды, или шарик для пинг-понга, который плавает в воздушном потоке.

"Струя, которая выходит из сопла, движется в определенном направлении, создается область низкого давления и вихревые потоки. В случае с нашим шариком – он гладкий, обладает симметричной формой, он круглый, и при его нахождении в потоке воздуха над феном он удерживается в определенном положении", – показала лаборант РЭУ им. Г. В. Плеханова Наталья Беляева.

Мяч для пинг-понга, который имеет правильную сферическую форму, в потоке воздуха может находиться вечно. Но если сделать в нем вмятину и тем самым нарушить симметрию, мяч помчится вскачь, потому что давление направленного движения воздушных масс действует на шарообразное тело с изъяном неравномерно.

При этом можно вернуть его в исходное симметричное состояние, ведь мячи для пинг-понга делают из АБС-пластика, который под действием высокой температуры становится эластичным.

"Пинцетом берем мячик, зажимаем и помещаем в чашу с кипятком. В течение полутора-двух минут вмятина, образовавшаяся на поверхности шарика, выпрямится за счет того, что под действием высоких температур воздух начнет расширяться, и стенки примут свое первоначальное положение", – заявила Наталья Беляева.

Как мяч для большого тенниса выдерживает удары

Мячам для большого тенниса оставаться шарообразными даже после хлестких ударов ракеткой тоже помогает внутреннее давление, только не воздуха, а газа азота. Но откуда он внутри них берется, если ниппеля, через который пушистый спортивный снаряд можно было бы накачать, нет? За это в ответе химия.

"Добавляется таблетка неорганических солей, которая при склейке мяча растворяется и создает внутреннее давление. При проверке судьей перед введением их в игру он определяет, растворилась таблетка окончательно или нет", – объяснил тренер по теннису Андрей Смирнов.

Почему симметрична капля дождя

За симметричность капель дождя отвечает поверхностное натяжение воды. Это благодаря ему жидкость в свободном падении всегда стремится принять такую форму, при которой площадь ее поверхности окажется минимальной – то есть форму сферы. И это легко проверить под дождем в плаще из полиэтилена.

"На полиэтиленовой пленке мы видим, что капля не растекается и принимает форму, близкую к сфере, практически симметричную", – подчеркнула ведущий специалист РЭУ им. Г. В. Плеханова Анастасия Анпилова.

Отчего капля воды остается каплеобразной на плаще из непромокаемой ткани или ветровом стекле автомобиля, понятно. Но почему она превращается в бесформенную кляксу на листе бумаги?

"Если мы возьмем бумагу, которая классически состоит из волокон целлюлозы, и капнем на нее каплю воды, то она на ней, конечно, не задержится, а практически сразу впитается неравномерно, поскольку волокна – это фактически капилляры, по которым будет вытекать в разные стороны вода", – рассказала Анастасия Анпилова.

Почему Земля не является идеальным шаром

В школе учат, что Земля круглая, но на самом деле это не совсем так. 

Во-первых, океанические впадины и горные массивы создают на ее поверхности перепады высот в несколько километров. Во-вторых, из-за центробежной силы, которая возникает при вращении планеты вокруг своей оси, Земля сплюснута у полюсов и растянута у экватора. 

Почему у реки один берег крутой, а другой пологий

А еще эта сила делает несимметричными берега рек в разных полушариях.

При вращении всегда возникает центробежная сила, то есть сила, которая стремится от центра вращения. В условиях Земли эта сила называется кориолисовой силой, и благодаря ей вода в реках всегда подмывает только один берег, а другой нет. Один берег пологий, другой крутой.

Примеры симметрии в природе

В живой природе тоже есть примеры симметрии: расположение семян в шляпках подсолнуха, узор на крыльях бабочек, а еще пчелиные соты, которые идеально подогнаны друг к другу. 

Многие думают, что шестигранными их делают сами обитательницы улья, но на самом деле за это в ответе гравитация. Однако интересно даже не это, а то, что форма сот определена их содержанием.

"Так как гексагональная форма очень удобна для того, чтобы прилегали другие соты, это наилучшим образом сохраняет объем относительно площади. То есть в единице площади сохраняется наибольший объем меда", – объяснила биолог Ольга Завгородняя.