Это невероятно! Открытия, достойные Игнобелевской премии - [19]

«Вечернее платье без бретелек чрезвычайно эффектно, — писал Сейм в 1956 году, — но перед инженером-конструктором ставит весьма сложную задачу. Нужно спроектировать платье так, чтобы казалось: оно готово упасть в любой момент. Однако оно не только не должно падать, но и обязано обладать определенным запасом устойчивости».

В работе имеются два чертежа. Первый изображает туловище женщины, одетой в вечернее платье. В общих чертах, пусть и не в подробностях, эта картина знакома всякому, кто брался когда-либо за изучение физики.

В тексте Сейма обсуждается масса деталей. Вот, например: «Если малый фрагмент ткани, из которой сшито вечернее платье без бретелек, рассматривать как свободное и изолированное физическое тело, находящееся на рисунке 1 в плоскости А, то легко видеть, что сила F1, направленная по касательной, компенсируется равной по модулю и противонаправленной силой F2. Направленная вниз по вертикали сила W (вес платья) в свою очередь уравновешивается силой V, направленной вертикально вверх и вызванной натяжением ткани над плоскостью А. Поскольку алгебраическая сумма вертикальных и горизонтальных сил равна нулю, то малый фрагмент ткани находится в равновесии».

На рисунке 2 в деталях изображен бюст, вид сбоку. Сейм приводит этот рисунок с целью проиллюстрировать, с какими непростыми проблемами приходится иметь дело инженерам. Контекст добавляет живости математическим выкладкам и техническим рекомендациям. Вот как, к примеру, Сейм описывает трудности, которые создает верхняя часть женской груди: «Большей степени ее обнажения и, соответственно, большего внимания можно добиться, если верхняя кромка платья сместится от линии a к линии b. К сожалению, предельная нагрузка задается формулой S = F/2A (где A — площадь, на которую действует сила). Поскольку F/2 постоянная величина, с уменьшением площади нагрузка растет. Поэтому предельное обнажение груди возможно тогда, когда площадь зоны между b и c достигает „точки опасности“».

За последние 50 лет инженерная концепция «точки опасности» Чарлза Сейма вдохновила многих на путешествие в тревожный, но прекрасный мир натяжений, деформаций и нагрузок. Так, в 1992 году джазовая певица и арфистка Дебора Хенсон-Конант представила публике оркестровую композицию в 5 актах под названием «Анализ напряжений в вечернем платье». Это произведение Хенсон-Конант исполняет от случая к случаю с разными симфоническими оркестрами. И всякий раз перед выходом на сцену она надевает тщательно сшитое вечернее платье. Певица не сомневается, что оно сумеет на ней удержаться.

Seim Ch. E. (1956) «Stress Analysis of Strapless Evening Gown», The Indicator, November.

АНАЛИЗ УДАРА КЛЮВОМ

Пока другие пытались создать новую модель компьютера, чайника или мышеловки, Джулиан Ф. В. Винсент, Мехмет Нэсип Сахинкая и У. О’Шеа с инженерного факультета Университета Бата решали задачу усовершенствования молотка. Не в пример предшественникам, они решили первым делом основательно изучить дятлов. Почему именно дятлов? Потому, что в картине мира инженера-конструктора дятел — это идеальный молоток, созданный самой природой.

Статью «Дятел как молоток» трое авторов опубликовали в научном журнале с длинным названием Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C, Journal of Mechanical Engineering Science.

Начали они с реверанса в сторону удостоенного Игнобелевской премии исследования доктора Ивана Шваба из Школы медицины Университета Калифорнии в Дэвисе. В 2002 году Шваб написал работу о том, почему у дятла не болит голова. Механические свойства птичьей головы поразили Шваба. Мозг птицы не превращается в кашу во время долбления, а глаза не выпадают из орбит — настоящее чудо. Команда из Университета Бата решила смотреть на вещи шире: тело птицы — единое целое, и все в дятле, от хохолка до лап — перья в том числе! — по-разному служит главной его задаче: эффективно долбить дерево.

Рентгеновский снимок дятла, сбитого автомобилем (вверху), схематический чертеж дятла за работой (внизу).

Винсент, Сахинкая и О’Шеа тщательно обследовали зеленого дятла (Picus viridis), сбитого автомобилем и подобранного уже мертвым. Птичьи останки изучили всеми возможными традиционными методами, а также сделали рентгеновский снимок. Целью было установить массу головы и массу тела, а также выяснить, каковы у этого тела пропорции. У ученых имелась также видеозапись, на которой живой и здоровый дятел, похожий размерами на покойного, долбит клювом дерево. Все это вместе взятое позволило оценить силы инерции, действующие на голову и на туловище, упругость шеи, содержание воды в ее тканях, а также упругость тела как целого. Были выведены уравнения, описывающие движения дятла во всех фазах долбления. Чтобы математическая часть задачи не стала неподъемной, авторы решились на несколько огрублений, с инженерной точки зрения вполне оправданных. Допустим, позвонки и шейные сухожилия дятла — это пружина. А дерево — не что иное, как жесткая пружина с демпфером.

В исследовании с гордостью сообщается, какую пользу из него следует извлечь: «Одна из причин изучать дятла — разработка легкого молотка. Было отмечено, что дятел — птица, способная летать, поэтому он должен иметь максимально легкую конструкцию тела. Физический механизм, который создала эволюция для решения проблемы, — перенос импульса с тела на голову дятла — и был использован в дизайне нового молотка, где вращающийся элемент соединен стержнем с кожухом, так что мотор вместе с корпусом колеблется относительно центральной оси».