Цивилизация
Начиная с древних египтян, которые жарили жирные кусочки мяса неподалеку от пирамид в Гизе, и заканчивая современными туристами, использующими огонь для согрева в лесу, костры люди разводили похожими друг на друга. Как сложить поленья для максимальной эффективности костра – вопрос, ответ на который взрослым людям кажется тривиальным, ведь правильно делать это нам помогает жизненный опыт.
Однако то, что все костры во все времена примерно похожи друг на друга, – не случайность, и за пирамидальной формой костров как наиболее эффективной стоит серьезная физика, считает профессор машиностроения и материаловедения из Университета Дьюка (США), выходец из Румынии Эдриан Бежан.
Бежан известен тем, что в своих работах пытается найти общие законы, определяющие функционирование объектов живой и неживой природы в рамках предложенного им в 1996 году Конструктального закона. Закон постулирует, что для выживания сложной системы в ходе эволюции она должна упрощать обтекание набегающим потоком. К примеру, кровеносная система человека эволюционировала таким образом, чтобы обеспечить ток крови по сети крупных артерий и небольших капилляров.
Год назад «Газета.Ru» рассказывала о работе, в которой Бежан сравнивает совершенствование самолетов с эволюцией в животном мире.
В том исследовании Бежан с коллегами проанализировали огромный массив данных по совершенно разным самолетам, выпущенным в различные годы в разных странах мира. Это позволило им выявить тысячи закономерностей, связывающих друг с другом такие параметры, как год производства, размер, крейсерскую скорость, вес двигателей, вес топлива, дальность, длину фюзеляжа.
В статье, опубликованной в журнале Nature Scientific Reports, ученый решил понять природу идеального костра. «Почему мы строим одинаковые здания костра каждый раз? Почему мы делаем это инстинктивно, не обучаясь этому в школе и не подсматривая за соседом?» — задался вопросом ученый.
В своем исследовании Бежан рассчитал тепловыделение пирамидообразного костра как функцию отношения двух величин – высоты к ширине.
Он учел, по каким законам происходит циркуляция воздуха и тепла в груде дров, сложенных в костер, и пришел к неожиданным выводам. Некоторые из которых, правда, имеют мало практической пользы. К примеру, из выкладок ученого следует, что максимальная температура костра растет с ускорением свободного падения, правда, не линейно, а пропорционально степени. «Таким образом, один и тот же костер будет жарче в условиях с большим ускорением свободного падения, на быстро вращающейся центрифуге или на планете размером с Землю, но более тяжелой», — заключил физик.
Однако главный вывод исследования заключается в том, что максимально горячий костер получается, когда высота сложенных в пирамиду дров примерно равна ширине.
«В разные времена люди опирались на эту форму. Причина в том, что она наиболее эффективна для движения воздуха и тепла. Наш успех в разведении костра в свою очередь дал возможность мигрировать и расселяться по свету, что является прямым следствием Конструктального закона», — считает Бежан.
По его словам, в исследовании взята за основу самая примитивная модель костра и для более фундаментальных закономерностей ученым надо анализировать направление и скорость ветра, тип топлива, а также способ сложения дров.
У Конструктального закона Бежана, который действительно больше напоминает веру, много критиков. Главный аргумент противников заключается в том, что закон имеет размытую формулировку и не допускает формального экспериментального подтверждения или опровержения на основе статистической физики.