Мёртвая петля

Мёрт­вая петля (по-английски loop-the-loop) — при­бор, являющийся неотъем­лемой частью демон­страци­он­ных каби­не­тов с сере­дины XIX века и осно­вой попу­ляр­ных аттракци­о­нов.

Если отпу­стить шарик с доста­точно большой высоты, он набе­рёт большую ско­рость и прой­дёт мёрт­вую петлю.

Мёртвая петля
Мёртвая петля
Мёртвая петля

Если отпу­стить шарик с совсем небольшой высоты, он будет кататься в петле туда-сюда, как в ямке. Более инте­ре­сен слу­чай, когда у шарика недо­ста­точно энергии, чтобы пол­но­стью пройти петлю, но он отры­ва­ется на подъёме с нену­ле­вой ско­ро­стью. В момент отрыва ско­рость шарика направ­лена по каса­тель­ной к петле. Дальше он движется по пара­боле: сна­чала вверх, а затем падает.

Мёртвая петля
Мёртвая петля
Мёртвая петля

Исто­ри­че­ски, в пер­вых экс­по­на­тах запус­кали не шарик, а тележку (иногда с водой!). И не слу­чайно модель назы­ва­лась centrifugal railway. Газет­ные объяв­ле­ния 1840-х годов опи­сы­вают большую дорогу для пуб­лич­ных ката­ний в Ман­че­стере и Ливерпуле: съезжая по ней в тележке, посе­ти­тели могли пройти мёрт­вую петлю. А не позд­нее 1850-х годов этот экс­по­нат уже встре­ча­ется в ката­логах учеб­ного обо­ру­до­ва­ния.

Модель про­стая, но даёт возмож­ность повы­чис­лять. Посмот­реть, при каких разме­рах шарика и петли и при каком началь­ном положе­нии шарик прой­дёт пол­ную петлю, ото­рвётся при подъёме или будет качаться в ниж­ней поло­вине петли. Убе­диться, что масса шарика не вли­яет на то, какой из этих слу­чаев реа­ли­зу­ется. Посмот­реть, чем в этой задаче иде­аль­ное скольже­ние отли­ча­ется от каче­ния шарика, и посчи­тать, как на ответ вли­яет тре­ние.