Космическая стрельба

Когда я учился то ли в 7‑м, то ли в 8‑м классе, на республиканской физической олимпиаде предложили одну из легендарных задач академика Капицы. Была даже такая брошюра: «Задачи академика Капицы. Сотня задач и все без решений». Великий физик ценил не столько конкретные знания, сколько умение проникнуть в суть проблемы, а уже оттуда определять, какие именно законы, таблицы и константы нужны для её решения. Потому и придумал задачи, проверяющие и тренирующие это умение.

Итак, нам предложили представить себе космонавта в свободном пространстве – и с двумя пистолетами в руках. И спросили, в каком случае он улетит дальше: если выстрелит из обоих пистолетов одновременно – или сначала из одного, а затем из другого.

Я горжусь тем, что – единственный из участников олимпиады – в своём решении прежде всего оговорил, что задача не имеет однозначного решения в общем случае. Мысленно представив себе всевозможные картины развития событий, я понял: в зависимости от положения пистолетов возможны бесчисленные варианты движения.

Наиболее прост анализ случая, когда космонавт держит пистолеты у пояса – на уровне центра масс – стволами вперёд, как ковбой при стрельбе «от бедра». Если в таком положении выстрелить из одного пистолета, значительная часть усилия отдачи уйдёт на закручивание тела вдоль продольной оси. Соответственно второй выстрел должен будет погасить это вращение. На перемещение же тела как целого уйдёт лишь часть малая импульса отдачи. Если же стрелять из обоих пистолетов сразу, то вращательные моменты взаимно погасятся, и весь импульс уйдёт в продольное движение. Значит, перемещение будет больше.

При других положениях пистолетов можно получить иной результат. Например, если оба раза вытягивать руку так, чтобы ось ствола прошла через центр масс, импульс тоже будет целиком уходить в продольное движение, и последовательные выстрелы дадут тот же результат, что и залп от пояса. Но тогда поза от выстрела к выстрелу будет меняться – а изначальная формулировка неявно подразумевает постоянство позы.