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

Таким образом, одно из решений – ослабить поверхностное натяжение. Впрочем, есть и другое решение: увеличить силу притяжения со стороны внутренней поверхности очков. Капля сама по себе сжимается в шарик. Если опустить ее на пластик или стекло, она будет лишь слегка их касаться. Но на твердой поверхности, притягивающей молекулы воды почти так же сильно, как они притягиваются друг к другу, вода растечется. Вместо почти сферической капли вы получите плоскую кляксу, молекулы воды в которой ощущают со стороны поверхности такое же сильное притяжение, как и со стороны других молекул воды. Сейчас я покупаю очки для плавания со специальным покрытием на внутренней поверхности, притягивающим воду (оно называется гидрофильным). Вода по-прежнему конденсируется на их внутренней поверхности, но равномерно распределяется по ней, притягиваясь к покрытию. Таким образом, конденсация как явление никуда не девается, но запотевания очков удается избежать[31].

У ослабления поверхностного натяжения есть свои преимущества. Но сила притяжения между отдельными молекулами воды очень велика. И чем меньше объем воды, с которым вам приходится иметь дело, тем значимее этот фактор. По-настоящему полезным поверхностное натяжение оказывается в водопроводных микросистемах. На этом уровне мы вполне можем обойтись без насосов и сифонов, а также огромных затрат энергии на создание обходных путей для воды. От нас требуется сделать такую систему настолько маленькой, чтобы можно было пренебречь влиянием гравитации и возложить всю тяжелую работу на плечи поверхностного натяжения. Уборка помещений – довольно скучное и утомительное занятие, но без нее наш мир выглядел бы совершенно иначе.

Я, наверное, неряшливая хозяйка, довольно умелая, но в гораздо большей степени интересующаяся самим процессом приготовления пищи, чем беспорядком, который оставляю после себя. Это заставляет меня немного нервничать, когда приходится хозяйничать на кухне в чужом доме. Несколько лет назад, находясь в Польше, я взялась приготовить яблочный пирог для международной группы волонтеров, с которыми тогда работала в одном из учебных заведений[32]. Начало оказалось несколько обескураживающим. Высокая и свирепая на вид местная повариха буркнула что-то невнятное в ответ на мой вопрос, нельзя ли воспользоваться их кухней. Мне потребовалось несколько секунд напряженных раздумий в попытке понять, что бы это значило, пока я не сообразила, что она сказала «да». Мой уровень владения польским оставлял желать лучшего, и я не поняла многих инструкций, которые затем последовали. Однако главное я уяснила: кухню после завершения работы нужно оставить в идеальном порядке. Именно в идеальном. Ничто не должно быть пролито на плиту, стол или пол. Все поверхности должны буквально сверкать чистотой. Поэтому позже, когда повариха ушла домой, а я собрала все ингредиенты, необходимые для приготовления яблочного пирога, первое, что я сделала, это опрокинула на пол только что открытый большой пакет молока.

«Хоть бы это молоко куда-то исчезло, – подумала я, – и суровая повариха никогда не узнала о его существовании». Убрать остатки пролитого молока не так-то легко, особенно если его целый литр, заливший полкухни. Между тем молочная лужа продолжала увеличиваться в размерах. К счастью, есть средство, позволяющее достаточно быстро собрать пролитую жидкость, – обычное кухонное полотенце.

Как только полотенце коснулось молока, на молоко начала действовать новая совокупность сил. Полотенца обычно изготавливают из хлопка, а хлопок притягивает воду. На микроуровне молекулы воды притягиваются к волокнам хлопка и медленно покрывают поверхность каждого такого волокна, продвигаясь по нему вверх. А молекулы воды, как известно, так сильно притягиваются друг к другу, что первая из них, прикоснувшаяся к полотенцу, не может взбираться вверх самостоятельно. Она должна обязательно прихватить с собой следующую молекулу воды. А та, в свою очередь, – следующую. Таким образом, молекулы воды движутся вверх по волокнам хлопка, вытаскивая с собой все остальное, что есть в молоке. Силы, притягивающие воду к волокнам полотенца, настолько велики, что силой земного притяжения, ничтожной по сравнению с ними, можно пренебречь. Пролитое молоко быстро собирается с помощью обычного полотенца.

Но это еще далеко не все, на что способно полотенце. Оно обладает еще одним поистине бесценным качеством – ворсистостью. Если бы все волокна полотенца оказались покрыты тонким слоем воды, оно вообще не смогло бы ее собирать. Но ворсистость создает в полотенце множество воздушных карманов и узких каналов. Как только вода проникает в один из таких каналов, она подтягивается вверх со всех сторон, а вместе с ней подтягивается вверх и вода в середине канала. Чем уже канал, тем больше поверхности для каждой капельки воды в середине. Поверхность ворсистого полотенца огромная, а зазоры между ворсинками узкие, поэтому они могут вбирать в себя очень много воды.

Пока я наблюдала за тем, как лужа молока впитывается в полотенце, молекулы воды собирались вместе, толкаясь друг с другом внутри ворса. Те, которые располагались внизу, продвигались вместе с остальной толпой, сцепляясь с соседними молекулами воды. Те, которые соприкасались с хлопком, сцеплялись и с хлопком, и с молекулами воды, находящимися по другую сторону, удерживая свою позицию. Молекулы, соприкасающиеся с сухим полотенцем, сцеплялись с этим сухим хлопком и притягивали к себе другие молекулы воды, находившиеся позади, заполняя таким образом зазоры в структуре. Пребывающие на поверхности тащили за собой молекулы воды, находившиеся непосредственно под ними, стараясь окружить себя как можно большим числом других молекул воды, и в процессе подтягивая воду вверх. Это явление называется капиллярным эффектом. Гравитация тянет вниз все молоко, заполняющее микроканалы в ворсе. Но она не в состоянии конкурировать с силами, тянущими молоко вверх, то есть с силами наверху, где молоко соприкасается с сухим хлопком внутри миллионов крошечных воздушных карманов. Когда я свернула полотенце и убрала его, отдельные его участки буквально до краев пропитались молоком, заполнившим воздушные карманы.