Щелкать пальцами - движение, достойное профессионального спортсмена

Ваши пальцы мощнее, чем рука бейсбольного питчера.

Отредактировано 2023-25-06
Щелчок занимает всего семь миллисекунд Но это мощное движение Щелчок занимает всего семь миллисекунд. Но это мощное движение.

Если вы смотрели какой-либо из фильмов о Мстителях, то они могли натолкнуть вас на такие научные вопросы, как: Может ли вообще существовать костюм Железного человека? Реально ли путешествие во времени? Почему у Брюса Баннера не везде есть растяжки? У одной группы физиков это вызвало вопрос: Какова физика щелчка пальцами? Этот вопрос возник именно тогда, когда злодей Танос щелкает пальцами, надевая мощный Перчатку Бесконечности в фильме "Мстители: Война бесконечности" (2018). Может ли человек на самом деле успешно щелкать пальцами, нося такое тяжелое оборудование, как Перчатки Бесконечности?

Любопытные физики из Школы химической и биомолекулярной инженерии Технологического института Джорджии и Колледжа Харви Мадд опубликовали свои выводы во вторник в журнале "Интерфейс Королевского общества" и тем самым показали, насколько мощным является щелчок пальцами, даже без Перстня Бесконечности. На самом деле, обнаружили исследователи, это движение создает самое высокое вращательное ускорение, которое когда-либо наблюдалось у людей, почти в три раза быстрее, чем рука питчера Высшей лиги бейсбола. А что является главной причиной такого высокого вращательного ускорения? Трение.

"Вы получаете данные типа: "О, мы достигли 1,6 миллиона градусов в секунду в квадрате, святые угольки". На самом деле это очень быстрый момент", - говорит Саад Бхамла, профессор Технологического института Джорджии, который руководил этим исследованием. "Нам нужно изучить, как именно мы можем генерировать такое высокое экстремальное ускорение".

Вращательное ускорение рассматривает не только скорость, с которой что-то движется, но и дугу, по которой оно движется. Например, рука питчера делает дугу, а вращательное ускорение рассматривает угол, образованный начальной и конечной точкой этой дуги. Может показаться, что в щелчке нет ничего особенного, но он впечатляет своей скоростью. Щелчок занимает всего семь миллисекунд, по сравнению с неторопливым морганием глаза в 150 миллисекунд. Ускорение вращения достигает 1,6 миллиона градусов в секунду в квадрате, то есть небольшая дуга, которую создает средний палец на своем быстром пути, преодолевает угол в 1,6 миллиона градусов каждую секунду.

Все действия, начиная от сцепления большого и среднего пальцев и до момента, когда пальцы ослабевают после щелчка, превращают руку в физическую систему, как объясняется в статье команды. Это означает, что все части руки, которые участвуют в производстве защелки, работают независимо, но вместе, как части машины. Ваша рука становится системой с пружинным приводом, опосредованным защелкой (LaSMA). Эти системы могут производить огромную энергию в очень малых масштабах: Двигатель заряжает потенциальной энергией систему пружин, которая удерживается на месте защелкой. Когда защелка освобождается, потенциальная энергия, накопленная между пружиной и защелкой, преобразуется в кинетическую энергию в результате взрывного, сверхбыстрого движения. Другие существа, такие как креветки-богомолы и муравьи с челюстями-ловушками, также обладают системой LaSMA, которая позволяет им совершать щелкающие движения. Какими бы мощными ни были наши щелчки, мы бледнеем по сравнению с ними.

Команда отобразила систему LaSMA на щелкающей руке. Мышцы руки служили двигателем, направляя потенциальную энергию в сухожилия пальцев, которые стали пружинами. Защелкой является не большой или средний палец, а трение кожи между кончиком среднего и большого пальцев. Это трение играет двойную роль в динамике защелкивания, создавая защелку и одновременно препятствуя расцеплению. Если держать большой и средний пальцы вместе в таком положении перед защелкиванием, то можно почувствовать, как потенциальная энергия выжимается из запястья и костяшек пальцев, а кончики пальцев напрягаются.

Двигая большой и средний пальцы в противоположных направлениях с достаточным усилием, вы преодолеваете кожное трение, временно фиксирующее пальцы вместе, и вся потенциальная энергия, накопленная в сухожилиях пальцев, вырывается наружу в виде кинетической энергии. Средний палец устремляется к нижней части ладони, где при ударе он создает щелчок. Вот так.

Команда Бхамлы исследовала переменные в этой системе, такие как трение и сжимаемость между кончиками пальцев. Они пробовали щелкать пальцами с кончиками пальцев, смазанными лосьоном для рук, а также надев на них ингибиторы, такие как латексные перчатки и металлические наперстки (ближайший земной аналог кончиков пальцев Перчатки Бесконечности).

"Нам нужна эта зона Златовласки, потому что при слишком малом трении вы не сможете загрузить достаточно энергии", - говорит Бхамла. "Но если у вас слишком высокое трение, вы все равно должны иметь это динамическое движение скольжения друг мимо друга".

Хотя для команды это был домашний проект, их наблюдения находятся на стыке физики и инженерии. Например, пытались ли вы когда-нибудь разблокировать смартфон мокрым кончиком пальца? Изучение роли, которую играет трение, может также повлиять на материаловедение и вещи, которые мы держим в руках каждый день.

"Щелканье пальцами - это действительно высокое, быстрое движение и экстремальный случай, который позволяет нам заглянуть в пределы этих подушечек пальцев", - говорит Бхамла.

Если вы все еще не поняли, как щелкать, Бхамла мало чем может помочь. Когда его спросили о формуле, как сделать щелчок идеальным, он ответил своим вопросом. "Почему мы можем щелкать? Какова эволюционная биологическая функция?". Пока неясно, могут ли другие существа с оттопыренными пальцами щелкать, но это может стать следующим кусочком головоломки.