Задачи с собеседований: шарик с гелием

Вы находитесь в автомобиле, где к полу веревочкой привязан шар, наполненный гелием. Окна закрыты. Вы нажимаете на педаль газа. Что произойдет с шаром: переместится он вперед, назад или останется в прежнем положении?

Ответ

Интуиция подсказывает нам (практически всем), что при ускорении шарик будет отбрасываться назад. Однако интуиция в данном случае ошибается. Ваша задача — путем, дедуктивных размышлений определить, как на самом деле движется шарик, и объяснить это интервьюеру.

Хороший ответ — предложить аналогию с ватерпасом (строительный уровень). Хотя эта штука не всегда имеется под рукой, когда она необходима, есть люди, которые работают с ней постоянно. Особенно часто она бывает у плотников, он и пользуются уровнем, чтобы убедиться, что поверхность является горизонтальной. В ватерпасе есть узкая стеклянная трубка с цветной жидкостью, а в ней — пузырек воздуха. Всякий раз, когда уровень ставится на идеально горизонтальную поверхность, пузырек оказывается в середине трубки. Если поверхность негоризонтальная, пузырек смещается в сторону более высокой части трубки. Аналогия здесь в том, что пузырек — это всего лишь «дырка» в жидкости. Когда поверхность не является ровной, сила тяжести толкает жидкость в сторону более низкого края. Это, в свою очередь, перемещает пузырек туда, где жидкости нет, — к противоположному краю.

Отвяжите шарик с гелием и позвольте ему удариться о крышу. Теперь он станет своего рода уровнем. Шарик является «пузырьком», состоящим из гелия, газа с меньшей плотностью, который находится в более плотном воздухе, и вся эта комбинация газов находится в емкости (автомобиле). Сила тяжести толкает белее тяжелый воздух вниз, заставляя легкий шарик давить на крышу.

Когда автомобиль ускоряется, воздух, как и ваше тело, отбрасывается назад. Это заставляет более легкий, чем воздух, шарик двигаться вперед. Если резко нажать на тормоза, воздух надавит на переднее окно, но шарик при этом отбрасывается назад. То же самое наблюдается и при поворотах. Центробежная сила в этом случае толкает воздух в сторону, противоположную) оси поворота, а шарик — в ее сторону. Разумеется, то же самое происходит и тогда, когда шарик привязан к чему–то, но теперь у него появляется меньше свободы для перемещения. Короткий ответ на заданный вопрос такой: шарик с гелием смещается в направлении любого ускорения.

Вы не верите? Тогда прямо сейчас отложите книгу, сходите в супермаркет, купите шарик, наполненный гелием, и привяжите его веревочкой к рычагу переключения передач или к рычагу парковочного тормоза. Отправляйтесь домой (необязательно это делать на сумасшедшей скорости). Вы будете удивлены, но шарик действительно смещается в другом направлении, а не в том, о котором вы думали. Когда вы нажимаете на газ, шарик устремляется вперед, словно пытается соревноваться с машиной на участке до следующего светофора. Резко затормозите, так, чтобы детские игрушки упали с сидения, и шарик дернется назад. При повороте на высокой скорости, когда ваше тело сильно наклоняется в одну сторону, сумасшедший шарик резко двигается в другую. Об этой кажущейся странности есть ролики на YouTube.

Почему наша интуиция подсказывает нам правильные ответы о строительном уровне и неправильные о шарике с гелием. Если говорить о ватерпасе, тяжелая жидкость в нем окрашена флуоресцентной краской (и в этом отношении похожа по цвету на напитки для спортсменов), в то время как пузырек в ней практически бесцветный. Мы ассоциируем цвет с плотностью, а прозрачность — с пустотой. Поэтому этот инстинкт в случае с шариком оказывается совершенно неправильным. Воздух невидим, и в 99% всего времени мы его игнорируем. Шарик же окрашен в симпатичный цвет и, кажется, кричит: «Посмотри на меня!» Мы почти все забываем, что в окружающем нас воздухе появляется частичный вакуум. Шарик с гелием двигается в направлении, которое противоположно перемещению основной массы, потому что ему не хватает веса. Реальная масса — воздух — остается невидимой.

← Еще задачи с собеседований