«Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса»
Законы физики работают везде. Добавив молоко в чай или кофе и быстро размешав ложкой, в течение доли секунды можно наблюдать, как жидкости увлекают друг друга по спирали. Похожие «водовороты» видны из космоса, когда потоки теплого и холодного воздуха встречаются друг с другом, образуя циклоны. Оба явления, несмотря на кажущуюся разницу, можно объяснить одинаково. В книге «Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса» (издательство «Манн, Иванов и Фербер»), переведенной на русский язык Иваном Веригиным, физик Элен Черски на примерах демонстрирует, как знание физических принципов позволяет иначе смотреть на повседневные мелочи, лучше понимать большую науку, а также отмечать любопытные связи и закономерности: например, что объединяет велосипедистов и скорпионов, куриные яйца и гироскопы космического телескопа «Хаббл», лопающийся попкорн и запуск ракеты в космос. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным экспериментам немецкой домохозяйки, которая помогла ученым исследовать поверхностное натяжение.
***
Вязкость имеет значение при движении объектов малого размера через определенную жидкость: шарики жира поднимаются в молоке или крошечные болезнетворные бактерии опускаются в воздухе. Поверхностное натяжение, партнер вязкости в микромире, сказывается в месте соприкосновения двух разных текучих сред. В повседневной жизни мы наблюдаем это явление при соприкосновении воздуха с водной поверхностью. Типичный пример смешивания воздуха с водой — воздушный пузырек*. Итак, начнем с пенистой ванны.
*Особенно это относится ко мне: в конце концов, моя специальность — физика пузырьков воздуха.
Звук наполняющейся водой ванны вызывает у нас приятные ощущения. Он объявляет о заслуженном вознаграждении после тяжелого трудового дня, возможности восстановиться после напряженного теннисного матча или просто немного себя побаловать. Но как только вы наливаете пену для ванн, звук меняется. По мере образования пены глубокий рокот затихает и смягчается, и определить границу, где поверхность ванны соприкасается с воздухом, становится сложно. Воздушные карманы захватываются внутрь водяных клеток, и все, что для этого понадобилось, — немного жидкости из флакона с пеной для ванны.
Честь разгадать тайну поверхностного натяжения принадлежит группе европейских ученых, сделавших это в конце XIX века. Люди викторианской эпохи обожали пузырьки. С 1800 по 1900 годы производство мыла резко увеличилось, поскольку творцам промышленной революции без него было не обойтись. Мыльная пена давала людям викторианской эпохи обильную пищу для морализаторства, будучи идеальным символом моральной чистоты и безгрешности. К тому же она была замечательным примером классической физики в действии — буквально за несколько лет до появления специальной теории относительности и квантовой механики, которые всадили острую иглу в непомерно раздувшееся к тому времени представление о такой аккуратной, уютной и добропорядочной Вселенной. Но даже серьезные джентльмены в лоснящихся цилиндрах и с солидными бородами не смогли проникнуть в тайны науки о пузырьках. Пузырьки были настолько универсальны, что никто не решался к ним подступиться, за исключением Агнес Поккельс, которую зачастую описывают как «простую немецкую домохозяйку», хотя в действительности она была довольно проницательной и критически мыслящей личностью, использовавшей весьма ограниченный набор материалов и изрядную долю находчивости, чтобы самостоятельно исследовать поверхностное натяжение.