Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса - Элен Черски

Все начинается с того, что неопытный посетитель паба переворачивает бутылочку кетчупа вверх дном в надежде, что ее содержимое станет понемногу выливаться в тарелку. Не тут-то было! Тем не менее даже опытные посетители паба совершают это бессмысленное действие. Кетчуп – очень густая и вязкая жидкость, и ее собственной силы тяжести явно недостаточно для того, чтобы выливаться в тарелку. То, что происходит с кетчупом в стеклянной бутылочке, объясняется двумя причинами. Во-первых, вязкость препятствует опусканию приправ, содержащихся в кетчупе, на дно бутылочки, если вы не пользовались ею какое-то время, поэтому, чтобы удостовериться в том, что ингредиенты кетчупа хорошо перемешаны между собой, вам нет необходимости встряхивать ее содержимое. Но что более важно, люди предпочитают, чтобы каждый ломтик жареной картошки был покрыт толстой «шапкой» кетчупа, а этого практически невозможно добиться, если кетчуп жидкий. Однако кетчуп пока еще не покрывает чипсы. Он все еще находится в бутылочке.

Через несколько секунд, окончательно убедившись, что гравитация не властна над кетчупом, незадачливый посетитель паба начинает трясти бутылочку. Он трясет ее все ожесточеннее и под конец ударяет ладонью свободной руки по ее дну. Соседи по столику на всякий случай отшатываются назад, опасаясь, что брызги от вывалившейся из бутылочки порции кетчупа окажутся у них на лице, рубашке или брюках. Их опасения не так уж беспочвенны: добрая четверть содержимого бутылочки одним махом вываливается в тарелку с чипсами. Вот ведь странно: оказывается, кетчуп довольно легко извлечь! О чем наглядно свидетельствует его толстый слой, покрывший всю тарелку с чипсами (и, возможно, полстола). Еще несколько секунд назад он упорно не желал покидать бутылочку, а теперь выливается оттуда как ни в чем не бывало. Почему?

Дело в том, что, когда вы пытаетесь подталкивать его очень медленно, он ведет себя почти как твердое тело. Но как только вы заставляете его двигаться быстро, он начинает вести себя подобно жидкости, свободно вытекая из бутылочки. Когда он находится внутри бутылочки или на ломтике жареной картошки, на него действует лишь гравитация (и притом очень слабо), поэтому он ведет себя как твердое тело и не проявляет никакого желания куда-либо двигаться. Но достаточно энергично встряхнуть бутылочку и привести кетчуп в движение, как он начинает вести себя как жидкость и свободно вытекает из бутылочки. Тут все дело во времени. Совершая одно и то же действие быстро или медленно, вы получаете абсолютно разные результаты.

Кетчуп – не что иное, как протертые помидоры, сдобренные уксусом и специями. Предоставленный самому себе, он кажется жидким и даже водянистым; ничего интересного с ним не происходит. Но в бутылочке с кетчупом есть полпроцента кое-чего еще, представляющего собой длинные молекулы, составленные из цепочки связанных сахаров. Это ксантановая камедь (загуститель) – вещество, получаемое путем бактериальной ферментации или синтетическим способом и в настоящее время широко используемое в качестве пищевой добавки. Когда бутылочка с кетчупом стоит на столе, эти длинные молекулы окружены со всех сторон водой и слегка спутаны с другими такими же цепочками. Они удерживают кетчуп в виде плотной и вязкой массы. Но если бутылочку энергично потрясти, эти длинные молекулы немного распутываются (впрочем, они довольно быстро перепутываются снова). Когда в результате нескольких ударов по дну бутылочки кетчуп приходит в более быстрое движение, сцепления между длинными молекулами продолжают рваться и в какой-то момент распутывание длинных молекул становится быстрее, чем их повторное перепутывание. По достижении этой критической точки кетчуп перестает себя вести как твердое тело и подобно обычной жидкости свободно выливается из бутылочки[40].

Есть способ «обойти» эту проблему, но, учитывая, сколько времени тратят британцы на поглощение чипсов, политых кетчупом, остается лишь удивляться, почему они им так редко пользуются. Тактика переворачивания бутылочки с кетчупом вверх дном и поколачивания по нему ладонью не очень-то эффективна, поскольку кетчуп, который вы пытаетесь превратить в жидкость, сосредоточивается именно в том месте, по которому вы ударяете. Горлышко бутылки по-прежнему закупорено густой вязкой жижей, которая никуда не девается. Решение проблемы – разжижить кетчуп, закупоривающий горлышко бутылки, поэтому ее нужно держать под углом и наносить удары по горлышку. При этом количество извлеченного кетчупа будет довольно ограниченным, поскольку разжиженный кетчуп будет сосредоточен лишь у горлышка. Соседи за столом не пострадают от судорожных движений ваших локтей и возможного попадания брызг кетчупа на одежду, а чипсы не будут погребены под его чрезмерным количеством.

Время – немаловажный фактор в физическом мире, так как скорость протекания событий имеет существенное значение. Если вы делаете что-либо с удвоенной скоростью, то иногда достигаете того же результата за половину времени. Но зачастую получаете абсолютно другой результат. Это бывает очень полезно в повседневной жизни. Мы пользуемся этим свойством, управляя окружающим миром разными способами. В нашем распоряжении есть разные масштабы времени в том смысле, что те или иные события могут происходить за разное время. Фактор времени важен для кофе, голубей и высоких зданий, причем временные рамки, которые имеют значение, будут разными в каждом из этих случаев. Речь идет не только о более удобном выполнении тех или иных повседневных дел. Оказывается, жизнь возможна лишь потому, что физический мир в действительности никогда не поспевает за самим собой. Начнем, однако, с самого начала. А именно с существа, которое никогда ни за чем не поспевает, – талисмана для тех, кто всегда опаздывает.

⁂

Одним солнечным днем в Кембридже мне наконец пришлось признать, что улитка победила меня.

Наверное, нет смысла (да и времени) заниматься садоводством на последнем курсе университета, но при доме, в котором я проживала вместе с тремя подругами, был сад, а я обожаю ухаживать за деревьями. В редкие часы, свободные от учебы и занятий спортом, я с энтузиазмом уничтожала обширные заросли крапивы, обнаруживая по ходу дела небольшие островки ревеня и кусты замечательных, скрывавшихся в траве роз. Отец посмеивался надо мной («типичная полька!»), узнав, что я пытаюсь выращивать картошку, однако картошка занимала лишь часть моего импровизированного огорода. Интереснее всего было то, что в моем распоряжении оказалась небольшая теплица. Рассада выращивается сначала в ней, а весной высаживается в открытый грунт. В конце февраля я посеяла семена в лотки и стала ждать всходов.

Спустя какое-то время я обратила внимание, что ростки не появляются, зато появилось много улиток. Зайдя утром в теплицу с лейкой, чтобы полить ростки (которые, как я рассчитывала, должны были взойти к тому времени), я обнаружила вместо них в каждом лотке по самодовольному моллюску. Кроме улитки в лотке находилась голая земля и остатки изжеванных побегов. Подлые твари! Я решила, что не отступлюсь, и заново посеяла семена. Правда, на этот раз поставила каждый лоток на кирпич, чтобы затруднить улиткам доступ. Через две недели я застала в теплице прежнюю картину: ростки снова были уничтожены, а количество улиток в лотках значительно увеличилось. Я перепробовала несколько способов борьбы с улитками, однако они не принесли желаемого результата. Впрочем, у меня оставался еще один вариант. На этот раз я взяла пары пустых цветочных горшков, поместив сверху на каждую такую пару чайный поднос, перевернутый вверх дном; получилось нечто вроде большущих грибов со сдвоенной ножкой. Эти «ножки» я обильно смазала жиром и водрузила лотки для рассады на «шляпки» моих импровизированных «грибов». Заменив в лотках компост, я посеяла в них остатки семян, скрестила пальцы и вернулась к изучению физики конденсатов.