Задачи с собеседований: где вы будете плыть быстрее — в воде или в сиропе?

Еще задачи с собеседований →

Этот вопрос обсуждался еще Исааком Ньютоном и Христианом Гюйгенсом в XVII веке, но тогда ученые так и не дали на него реального ответа. Когда-то он использовался и на IT-собеседованиях в Google.

В наше время два химика из Университета Миннесоты, Брайан Геттельфингер и Эдвард Касслер, провели  эксперимент для сравнения плаванья в сиропе и в воде.  Хотя не стоит удивляться, что его проведение заняло целых три века. Касслеру потребовалось получить 22 согласования, в том числе и разрешение на то, чтобы после завершения эксперимента спустить бассейн с сиропом в сточную канаву или канализацию. Ему пришлось отказаться от предложенных 20-ти грузовиков с бесплатным кукурузным сиропом, поскольку руководство университета посчитало, что он будет опасен для канализационной системы города. Вместо этого Касслер использовал пищевой загуститель, применяемый для производства мороженого, шампуней и заправок для салата. Около 300 кг этого вещества вылили в плавательный бассейн с водой. «Сказать по правде, смесь эта походила на сопли», – заметил Касслер. И все же это были не сопли, а кисель, примерно вдвое плотнее воды.

Брайан Геттельфингер, пловец, который подавал надежды и претендовал на участие в Олимпийских играх, получил неповторимую возможность испытать плавание в новой для себя среде. Результаты эксперимента были опубликованы в 2004 году в American Institute of Chemical Engineers Journal. На следующий год Геттельфингер и Касслер получили Шнобелевскую премию по химии за 2005 год. Может быть, именно внимание СМИ к этой задаче о сиропе и объясняет ее повторное появление в списке садистских вопросов, задаваемых на собеседовании.

В описываемом здесь эксперименте вязкость сиропообразной жидкости была примерно в два раза больше, чем у обычной воды, а вот плотности обеих жидкостей были примерно одинаковыми. Это важно, потому что, как пловцы уже давно знают, в более плотной соленой воде люди плавают быстрее. Как и корабль, тело пловца в соленой воде располагается выше, из-за чего сопротивление его движению вперед снижается.

Результаты

Геттельфингер и студенты из Миннесоты плавали на скорость и в воде, и в «сиропе» стандартными стилями: на спине, брассом, баттерфляй, вольным. Но ни разу скорость плавания в обеих жидкостях не различалась более чем на несколько процентных пунктов. Выявить какой-то общей закономерности, позволяющей отдать предпочтение сиропу или воде, не удалось.

Это означало, что Ньютон был неправ: он полагал, что вязкость сиропа замедлит движение пловцов. Гюйгенс верно предсказывал, что заметной разницы в скорости не будет.

Статья Геттельфингера и Касслера подтвердила обоснованность взглядов Гюйгенса. Поскольку человеческое тело совсем не оптимизировано для плавания, то когда мы плаваем, мы создаем много турбулентности, с которой затем и отчаянно сражаемся, чтобы переместить себя в воде. Турбулентность создает гораздо большее сопротивление движению, чем вязкость. Более того, вязкость здесь вообще вряд ли что-то значит. Поскольку турбулентность возникает и в воде, и в сиропе, скорость плавания в этих жидкостях приблизительно одинакова.

Поток воды намного менее турбулентен для рыб и особенно для бактерий, которые в сиропе будут плыть медленнее.

Можно ли считать этот вопрос на собеседовании честным? Касслер говорил, что для ответа на вопрос о плавании в сиропе «не нужно, скорее всего, обладать хорошими познаниями в компьютерных науках», добавив, что «любой человек, имеющий базовые знания в физике, сможет на него ответить».

Тот, кто серьезно изучает физику может увидеть, что это излишне оптимистическая точка зрения. В любом случае, большинство претендентов, кому этот вопрос задают на собеседованиях при приеме на работу, не знают физику достаточно глубоко.

Правильный ответ: «нужен эксперимент»

Поэтому хорошие ответы предусматривают использование простых интуитивных аналогий, объясняющих, почему решение необходимо получить при помощи эксперимента. Вот четыре аргумента.

1. Некоторые жидкости слишком густые, чтобы в них можно было бы плавать.

Попросите мастодонтов поплавать в битумных озерах. Представьте попытку поплавать в жидком цементе или зыбучих песках. Разумеется, в очень густых жидкостях, хотя сила отталкивания здесь и больше, вы будете плыть значительно медленнее, чем в воде, если вообще вам это удастся сделать.

2. Под понятием «сироп» можно понимать очень широкий диапазон жидкостей.

В вопросе не говорится о смоле или зыбучих песках, а только о сиропе. А сиропы бывают очень разными, например, кленовый сироп, сироп от кашля, шоколадный сироп, кукурузный сироп с большим содержанием фруктозы и те жидкости с разными консистенциями, варьирующиеся от водянистого напитка до густого осадка, остающегося на дне бутылки. На заданный вопрос нельзя ответить, пока вы не узнаете, о каком именно сиропе идет речь, или пока вы не сможете доказать, что плавание будет медленным в любой жидкости, более густой, чем вода.

3. Предположим, имеется оптимальный уровень вязкости, при которой скорость плавания является максимальной. Есть ли причина верить, что такой оптимальной жидкостью для плавания окажется H₂O?

Может быть, вы с этим утверждением и согласились бы, будь вы очень проницательной рыбой. Эволюция постаралась, чтобы рыбы «соответствовали» той среде, а это вода, которая обтекает их изящные тела. Люди не очень похожи на рыб, и способ, каким мы плаваем, не очень напоминает то, как это делают рыбы. Никто из людей и наших ближайших предков не проводил много времени в бассейнах, а также в реках, озерах и океанах, чтобы сформировать такой набор генов, который был бы в значительной степени ориентирован на плавание. Конечно, мы иногда плаваем и даже порой летаем на параплане, но мы не созданы для этих занятий. Существо, заточенное под плавание австралийским кролем, слишком не похоже на человека. Эдвард Касслер по этому поводу сказал: «Идеальный пловец должен иметь тело змеи и руки гориллы».

Что уж тут удивляться, что можно отыскать людей, способных плавать быстрее в жидкости с другой вязкостью, чем у воды. Не будет удивительным и открытие, что скорость плавания является одинаковой в жидкостях с самыми разными вязкостями.

4. Плавание является хаотичным процессом.

Движение жидкости и газов – это пример хаоса, приводимый в учебниках. Слишком многое зависит от мельчайших деталей, чтобы заниматься предсказанием исхода. Вот почему для тестирования своих конструкций разработчикам самолетов нужны аэродинамические трубы. Не приспособленное хорошо к плаванию человеческое тело с его относительно неуклюжими движениями в воде еще больше осложняет ответ. Вот поэтому -то вопрос из тех, для которых необходимо провести эксперименты – с конкретным видом сиропа.

Речь, с которой Касслер выступил при вручении ему Шнобелевской премии, была краткой: «Причины этого сложны».

← Еще задачи с собеседований