Мик О'Хара Почему у пингвинов не мерзнут лапы? и еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого



страница5/13
Дата09.05.2016
Размер2.16 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

5. Бытовые премудрости



Плесени — бой

«Как называется ужасная черная плесень, которая появляется в сырых ванных комнатах? Средства для удаления плесени и отбеливатели, моющие и чистящие средства на нее не действуют. Есть ли какое-нибудь средство от нее, кроме абразивов?»



Г. У Грин Молверн, Вустершир, Великобритания
Пресловутая черная плесень — плесневый грибок Aspergillus niger. Избавиться от него так трудно потому, что черные пятна — всего лишь видимые части грибка, главным образом плодоносящие тела. Помимо этой видимой части у грибка еще есть невидимые гифы мицелия. Они находятся внутри обоев или штукатурки и питаются минеральными веществами, которые в них содержатся. Для удаления грибка требуется не только неоднократное физическое уничтожение его видимой части, но и одновременное применение проникающего фунгицида, который убивает невидимую корневую систему плесени. В противном случае процесс борьбы с грибком — все равно что попытки срезать верхушку сныти или осота с грядки, не трогая корни.

Эндрю Филпоттс Хексем, Нортумберленд, Великобритания
Грибок Aspergillus — постоянный источник раздражения целой страны. Он разрастается в прохладных местах с застоялым воздухом и конденсацией влаги — рядом с оконными рамами, на бетонных потолках, возле баков для воды и т. д.

Современные медики считают этот грибок главной причиной аллергических заболеваний и источником канцерогенных аэрозолей, поэтому избавляться от него важно для здоровья.

Я столкнулся с проблемами, когда попытался вывести грибок. Столовая соль и отбеливатель дали лишь временные результаты, а в качестве последнего средства пришлось несколько раз мыть пораженные участки стен системным фунгицидом, который продается в любом магазине для садоводов. Но это решение не назовешь безопасным: фунгицид так же токсичен, как и грибок.

Глин Дэвис Кингстон, Суррей, Великобритания
Автор предыдущего ответа впал в заблуждение, считая, что любая черная плесень — грибок Aspergillus niger. При осмотрах домов в Шотландии, предпринятых моими коллегами, выяснилось, что этот вид плесени встречается довольно редко.

Самая распространенная плесень, которую можно увидеть на стенах ванных и в других сырых местах, — Cladosporium, наряду с которой встречаются Aureobasidium, Phomaи Ulocladium. Даже зеленые разновидности Aspergillus и Penicillum кажутся черными, если они мокрые.

Подобная ситуация наблюдается и на материковой части Европы, значит, дело обстоит таким же образом и в Нортумберленде или Суррее, конечно, если тамошние ванные не отличаются от прочих британских близостью к зонам тропического и субтропического климата, благоприятного для Aspergillus niger.

Черный грибок, который встречается в 15 % домов Шотландии, — Stachybotrysaim. Обои, джутовая подкладка ковров, картон на гипсовых панелях — идеальный целлюлозный субстрат, в котором во влажных условиях разрастается этот грибок. Такой грибок представляет наибольшую опасность для здоровья жителей дома. Его переносимые по воздуху споры аллергенны и чрезвычайно токсикогенны. Токсины этого грибка препятствуют синтезу белка, оказывают иммуносупрессивное, раздражающее и геморрагическое воздействие.

Известно, что от фуража, зараженного грибком Stachybotrys, гибнут лошади; кроме того, он вреден для работников конюшен. В настоящее время эта плесень вызывает серьезное беспокойство в Северной Америке, где ее считают причиной вспышек различных болезней, связанных с условиями жизни, — от синдрома хронической усталости у взрослых до смертельно опасного легочного гемосидероза у младенцев. Этот грибок стал предметом судебных исков (в том числе одного — на сумму 40 миллионов долларов), предъявленных строительным и эксплуатационным организациям.

Брайан Фланниган Кафедра биологических наук, Университет Хериот-Уотт, Эдинбург, Великобритания
На наружной стене моей ванной в Пимлико разросся великолепный экземпляр плесени, который уничтожил обои и заразил штукатурку. Чтобы избавиться от этого Aspergillus, я один раз промыл стену темно-розовым раствором марганцовки. Повторно прибегать к тому же средству не понадобилось.

Билл Кристи Фэрлайт-Коув, Восточный Эссекс, Великобритания
Читателям на заметку: марганцовка, или перманганат калия, при попадании внутрь организма ядовита. — Ред.
Бытовой отбеливатель не устраняет следы Aspergillus niger. Но если сбрызнуть или полить его водным 10-процентным раствором сульфата цинка, грибок больше не появится, так как молекулы сульфата цинка не смываются.

Фаррох Хассиб Лондон, Великобритания


Горячая тема

«Правда ли, что горячая вода в морозильнике замерзает быстрее, чем холодная? И если правда, то почему?»



Иэн Попай Гамильтон, Новая Зеландия
Этот вопрос уже поднимался в журнале New Scientist много лет назад, но удовлетворительный ответ тогда так и не был получен. На этот раз мы подошли ближе к разрешению этого вопроса, приводя мнения нескольких авторов, которые провели эксперименты. Несмотря на то что это противоречит нашим представлениям, горячая вода замерзает в холодильнике быстрее холодной. Наиболее убедительно выглядят такие объяснения: термический контакт улучшается, если сосуд с водой поставить в морозилку, обросшую льдом сверху; конвективные потоки распределяются таким образом, что горячая вода замерзает быстрее. Какой из эффектов преобладает. зависит от условий в морозильнике, от сосуда и места его расположения. — Ред.
Действительно, гораздо быстрее можно приготовить кубики льда, взяв горячую воду вместо холодной. Этого эффекта можно достичь, если поставить сосуд с водой на обледеневшую или замерзшую поверхность. От высокой температуры лед, на котором стоит сосуд, тает, и термический контакт между сосудом и холодной поверхностью улучшается. Ускорение теплопереноса между сосудом и его содержимым компенсирует большее количество тепла, которое предстоит удалить. Такого эффекта нельзя добиться, если подвесить сосуд или поставить его на сухую поверхность. Это явление впервые заметил сэр Фрэнсис Бэкон, когда пользовался деревянными ведрами на льду. Мои эксперименты показали, что кубики льда можно получить не за 20 минут, а за 15, если температура в холодильнике достаточно низкая. В Австралии возможность быстрее заморозить воду ценится выше, чем в странах с более прохладным климатом.

Майкл Дэвис Университет Тасмании, Австралия
Первым этот эффект заметил не сэр Фрэнсис Бэкон. Аристотель в «Метеорологии» приводит подобное объяснение: «Многие люди, желая быстро остудить воду, для начала выставляют ее на солнце. Устраивая стоянку на льду, чтобы порыбачить (сначала во льду делают отверстие, затем ловят рыбу), сначала вокруг шестов льют теплую воду, чтобы она замерзала быстрее; льдом крепят эти шесты».

Дэвид Эдж Хаттон, Дербишир, Великобритания
По-видимому, предположение, что «такого эффекта нельзя добиться, если подвесить сосуд или поставить его на сухую поверхность», оказалось неверным…

Впервые этот вопрос прислал в журнал New Scientist в 1969 году студент из Танзании Эрасто Мпемба. Он обнаружил, что смесь для мороженого быстрее замерзает если поставить ее в холодильник горячей, а не охлаждать до комнатной температуры. Когда я готовил школьную работу по этому же вопросу, мои учителя скептически отнеслись к выводам Мпембы.

Во-первых, оказалось, что дистиллированная или взятая из-под крана вода ведет себя так же, как смесь для мороженого; химический состав не играет роли. Во-вторых, выяснилось, что уменьшение объема вследствие испарения с поверхности горячей воды ни при чем. Термопары, помещенные в воду, показали, что при 10 °C вода достигает точки замерзания быстрее, чем вода при 30 °C, согласно закону Ньютона, но после этого вода, которая сначала была теплее, замерзает гораздо быстрее холодной.

Максимальное время потребовалось, чтобы вода замерзла в морозильнике, при изначальной температуре около 5 °C, минимальное — при 35 °C. Этот парадокс можно объяснить перепадом температур в воде по вертикали. Темпы потери тепла с верхней поверхности пропорциональны температуре. Если удастся поддерживать на поверхности жидкости температуру выше, чем в глубине, тогда скорость потери тепла будет больше, чем в случае равномерного распределения тепла в воде. Если вода налита в высокую металлическую банку, а не в плоскую посудину, парадоксальный эффект исчезает. Можно предположить, что перепад температур в высокой банке будет незначительным из-за теплопроводности металлических стенок.

После этих экспериментов у меня пропало всякое желание принимать общепринятое мнение на веру, особенно когда речь идет о наблюдениях, результаты которых не соответствуют укоренившимся представлениям.

Дж. Нил Кейп Пеникуик, Мидлотиан, Великобритания
В классическом эксперименте два металлических ведра выставляют на улицу в холодную и предпочтительно ветреную ночь. Стоячая вода плохо проводит тепло, лед образуется на поверхности и возле стенок. Если изначальная температура воды около 10 °C, в глубине вода охлаждается очень медленно, особенно после того, как поверхность затягивает лед, препятствуя нормальной конвекции. Более теплая вода не может вступить в контакт с остывшим ведром, и теплообмена не происходит.

Если начальная температура воды близка к 40 °C, сильная конвекция устанавливается до замерзания воды, вся ее масса остывает быстро и единообразно. Несмотря на то что лед начинает формироваться позже, чем на прохладной воде, полное замерзание горячей воды происходит быстрее, чем замерзание холодной.

В данном случае важны дополнительные условия. Очевидно, если начальная температура холодного ведра 0,1 °C, а горячего — 99,9 °C, результаты эксперимента вряд ли окажутся неожиданностью. Сосуды должны быть достаточно большими, чтобы конвекция наблюдалась при малых перепадах температур, но при этом настолько маленькими, чтобы тепло быстро улетучивалось с поверхности. Помогает принудительное воздушное охлаждение в ветреную ночь.

В домашнем морозильнике трудно создать подобные условия, но опыт можно воспроизвести в промышленном морозильнике или в лабораторной камере с искусственным климатом.



Алан Калверд Бишопс-Стортфорд, Хартфордшир, Великобритания
Это правда, я лично проводил подобный опыт. Единственное условие заключается в том, что сосуд с водой должен быть относительно маленьким, чтобы способность морозильника отводить тепло не стала ограничивающим фактором.

На холодной воде раньше образуется плавучий лед, который препятствует в дальнейшем конвективному теплопереносу с поверхности воды. На горячей воде лед в первую очередь образуется у стенок и дна сосуда, а на поверхности вода остается чистой и сравнительно горячей, что обеспечивает теплопередачу в ускоренном темпе. Большой перепад температур приводит к интенсивной конвективной циркуляции, которая выносит тепло на поверхность даже после того, как большая часть воды замерзнет.



Том Херинг Кегуорт, Лестершир, Великобритания
Это культурный миф. Горячая вода не будет замерзать в морозильнике быстрее, чем холодная. Но если горячую воду охладить до комнатной температуры, она замерзнет быстрее, чем вода, которую вообще не нагревали. Дело в том, что при нагревании из воды улетучиваются растворенные газы (в основном азот и кислород), которые замедляют процесс кристаллизации льда.

Том Тралл Университет Тасмании, Австралия
Скептически настроенному Тому Траллу из Университета Тасмании было бы полезно заглянуть в холодильник автора первого письма, Майкла Дэвиса, также из Университета Тасмании. Эксперименты подтверждают, что эффект действительно существует, а отсутствие растворенных газов может быть еще одним фактором, ускоряющим льдообразование.

Возможно, существует еще один фактор, о котором не упомянул ни один из корреспондентов, — переохлаждение. Недавние исследования показывают, что, поскольку вода может замерзать при перепаде температур» горячая вода начинает замерзать прежде, чем остынет.

Но замерзнет ли она полностью первой — это уже другой вопрос. — Ред.
В научных экспериментах этот эффект выглядит убедительно. Мы исходим из предположения, что температура в морозильнике остается постоянной на протяжении всего процесса замораживания, а также не меняются другие показатели: размер сосуда, теплопроводные и конвективные свойства внутри и снаружи его.

Но я полагаю, что в процессе задействована еще одна переменная, а именно — перепады температур в морозильнике. Колебания температур внутри морозильника зависят от чувствительности термоэлемента и таймера регулирующей системы. Можно предположить, что при стандартной температуре морозильника энергия, направленная на охлаждение, действует с известной скоростью. Если поставить в морозильник ведро с холодной водой, оно почти не окажет воздействия на расход энергии, потому что температурный датчик не среагирует на него. Но ведро с горячей водой легко может привести в действие датчик и вызвать непродолжительное, но мощное охлаждение внутри морозильника и чрезмерно понизить температуру в зависимости от показаний таймера.

В домашних условиях наблюдатель может упустить из виду это обстоятельство. Подобный эффект я наблюдал в электрической сауне. Обманув температурный датчик брызгами воды, я увеличил потребление энергии.

Матти Ярвилехто Университет Оулу, Финляндия
Недавние, но пока не получившие подтверждения исследования, проведенные в Университете Вашингтона в Сент-Луисе, США, выявили еще одну возможность. В нагретой воде в осадок выпадают такие растворимые вещества, как двууглекислый кальций и магний. Их можно увидеть внутри любого чайника, в котором кипятят жесткую воду. Но вода, которую не нагревали, тоже содержит эти соли, а при ее замерзании кристаллы льда вытесняют соли из растворов в воду. По мере того как их концентрация увеличивается, а вода замерзает, соли понижают температуру ее замерзания, как соль, которой зимой посыпают дороги. Следовательно, вода должна остыть прежде, чем она замерзнет. Поскольку понижение температуры замерзания создает перепады температур между жидкостью и окружающей средой, вода не так быстро теряет тепло. — Ред.


Прилипчивость

«Почему суперклей не прилипает изнутри к тюбику, в котором хранится?»



Ажит Весудеван Оксфорд, Великобритания
Суперклей не прилипает к тюбику изнутри потому, что в тюбике содержится кислород в виде воздуха, но нет воды. Кислород препятствует процессам, катализатором которых является вода.

Ивонн Адам Bostik Limited Лестер, Великобритания
Суперклей не липнет к тюбику изнутри потому, что его основа — цианоакриловый мономер, которому для полимеризации требуется влага в виде воды или другое активное водородсодержащее соединение.

Этим же объясняется, почему для лучшего склеивания двух поверхностей достаточно тонкого слоя клея. Избыток клея понадобится счищать, стык будет неаккуратным. Чувствительностью к влаге также объясняются два обстоятельства: почему клей продают в упаковках, которые невозможно вскрыть, не облившись клеем, и почему пролитый клей так прочно прилипает к коже. Теплая и влажная кожа — идеальная среда для клея.



Брайан Гудлифф Уэзерби, Западный Йоркшир, Великобритания
Специалисты компании Loctite обнаружили, что кислород препятствует быстрой полимеризации цианоакрилата. Поэтому в тюбике с клеем всегда оставляют место для воздуха. Жидкий мономер превращается в твердый полимер, когда между плотно прижатыми друг к другу поверхностями нет кислорода.

Э. Барраклаф Оттерхем, Корнуолл, Великобритания


Все та же вонь

«Почему мусорные баки всегда пахнут одинаково, что бы в них ни лежало?»



Родри Протероу Колчестер, Эссекс, Великобритания
Источник запаха, вероятно, создают бактерии и грибки, питающиеся органическими веществами в мусоре. Запах особенно силен, если в баке тепло и влажно.

Запах не всегда будет одинаковым, но он зависит скорее от вида микроорганизмов, чем от пищи, которую они потребляют. Запах пенициллиновой плесени, выросшей на апельсине, будет таким же, как запах такой же плесени, выращенной на лабораторной культуре, — резким, характерным и очень знакомым.

Анализ бытового мусора выявил наличие в нем остропатогенных бактерий, в том числе Pasteurella pestis, вызывающих заболевание бубонной чумой. Так что постарайтесь не слишком тщательно принюхиваться.

Кэри О'Доннелл Уэлвин, Хартфордшир, Великобритания
Я задумался над этим вопросом, когда выносил мусор, и пришел к выводу, что из баков не всегда пахнет одинаково. Пакет с пищевыми отходами наверняка разорвут бродячие кошки, если бак будет открыт, а пакет с несъедобным мусором останется целым. Очевидно, кошки различают запахи пакетов, хотя для людей все они пахнут одинаково.

Что касается знакомого запаха, возможно, дело в том, что мусор неизбежно оказывается во всех пакетах одинаковым. Но садовые отбросы пахнут не так, как кухонные, а те, в свою очередь, ничем не напоминают по запаху отбросы из ведра, стоящего в ванной.



Стюарт Рейвенхолл Ньюпорт-Пагнелл, Бакингемшир, Великобритания


Липучая загадка

«Почему липкая лента становится почти прозрачной, если отматывать ее от рулона быстро (примерно 10 миллиметров в секунду), но если сбавить темп (до 1 миллиметра в секунду), она остается непрозрачной? Если сначала отрывать ленту быстро, а затем сделать паузу на несколько секунд, на прозрачной ленте появится отчетливая линия. Можно ли объяснить это явление?»



Дэвид Холленд Бродстоун, Дорсет, Великобритания
Причина изменения внешнего вида липкой ленты заключается в реакции липкого слоя на ней на скорость, с которой на ленту оказывается воздействие. Если отрывать ленту медленно, липкий слой образует длинные нити между двумя частями ленты, которые отрываются и снова прилипают к рулону, — в итоге поверхность получается непрозрачной и неровной. Эти нити видны в лупу и невооруженным глазом.

При быстром отрывании ленты нити не успевают формироваться, рвутся раньше и не нарушают целостности липкого слоя.

Эта разница связана с вязкопластичной природой полимера, образующего липкий слой на ленте. Вязкий компонент этого материала придает ему физические свойства патоки или другой густой массы. Благодаря эластичному компоненту липкий слой ведет себя как твердое вещество — например, металл в виде проволоки. При растягивании патока образует длинные, почти никогда не рвущиеся нити, а металлическую проволоку почти невозможно вытянуть, не разорвав. При низкой скорости отрывания липкий слой ведет себя скорее как патока, а при высокой — как металлическая проволока.

В конечном итоге реакция липкого слоя зависит от времени процесса релаксации на молекулярном уровне. Поскольку время в некотором смысле служит эквивалентом температуры, когда речь идет о движении молекул, попробуйте охладить ленту в морозильнике. После этого при отрывании ленты с небольшой скоростью на ней появится больше прозрачных участков. Поскольку длинноцепочечным молекулам не хватает времени вытягиваться длинными нитями, целостность липкого слоя нарушается так же, как у ломкого материала.



Стивен Хэнкок Стокпорт, Чешир, Великобритания


Песни чайника

«Почему чайник "поет"? Почему звук, который он издает, сначала повышается, затем ненадолго утихает, а когда слышится снова, то его высота начинает снижаться?»



Дон Манро Университет Ньюкасла, Новый Южный Уэльс, Австралия
Если включить электрический чайник, не закрывая его крышкой, вы увидите, что произойдет. Нагревательный элемент быстро покроется мелкими серебристыми пузырьками диаметром около 1 миллиметра. Это пузырьки воздуха, вытесненного из раствора под действием тепла от элемента. Шероховатости на металле служат очагами роста пузырьков, которые в конце концов отделяются от горячего элемента и всплывают на поверхность. Эти пузырьки формируются и лопаются бесшумно и не являются причиной «пения» чайника.

Спустя примерно минуту пузырьки воздуха вытесняют бесчисленные мелкие пузырьки перегретого пара, которые липнут к очагам образования пузырьков на нагревательном элементе.

Через несколько секунд эти первые пузырьки пара становятся нестабильными. При образовании каждого пузырька силы плавучести оттягивают его от горячей поверхности. Окруженные водой, еще не достигшей точки кипения, первичные пузырьки пара вдруг конденсируются и одновременно лопаются. Любопытно, что пузырьки не исчезают бесследно: вместо них появляются мелкие вторичные пузырьки, предположительно из водяного пара, которые не конденсируются, а вращаются в конвективных потоках. Когда в воде появляется облако этих вторичных пузырьков, вода на полминуты становится непрозрачной.

Ударные волны, распространяющиеся в воде при разрывах первичных пузырьков, создают шипящие звуки.

Можно повысить тембр этого шипения, если временно прикрыть чайник крышкой. Крышка ограничивает объем воздуха над поверхностью воды, а в нем происходит резонанс некоторых частот в звуках ударных волн.

Вскоре облако вторичных пузырьков рассеивается первичные пузырьки пара, которые до сих пор образуются на элементе, начинают увеличиваться в размерах. Но они уже не лопаются сразу, поскольку вода вокруг них нагрета практически до точки кипения, поэтому и звуки утихают. Увеличиваясь, плавучие первичные пузырьки пара отделяются от поверхности нагревательного элемента и скапливаются в более прохладной воде на высоте примерно сантиметра над ним.

Через несколько секунд вода становится настолько горячей, что крупные отделившиеся первичные пузырьки всплывают на поверхность. В этот момент можно услышать только низкое бульканье — звук лопающихся воздушных пузырьков на поверхности воды.

Роджер Керси Натли, Восточный Суссекс, Великобритания


Полный порядок

«Почему ряды кнопок на калькуляторе или цифровой клавиатуре расположены так, что нумерация начинается снизу, хотя мы привыкли читать сверху вниз? Почему кнопки телефонов устроены иначе и самые маленькие цифры находятся в верхних рядах?»



М. Д. Берксон Бишопс-Стортфорд, Хартфордшир, Великобритания
В механических арифмометрах, основной элемент конструкции которых — вращающиеся колеса, кнопка 0 всегда соседствует с кнопкой 1. Из удобства в самых старых счетных устройствах цифры расположены в порядке возрастания снизу вверх — вероятно, в память о тех временах, когда у этих устройств были не клавиши, а рычаги на колесах. Когда цифры стали размещать на клавишах, расположенных по три в ряд с одной лишней слева, порядок цифр сохранили прежним.

На вращающемся телефонном диске 0 находится рядом с 9, потому что 0 в телефонном номере передается по телефонной линии десятью сигналами. Когда появились телефоны с кнопками, расположение цифр на них перенесли со старых дисковых телефонов.



Никко ван Сомерен Кембридж, Великобритания


Отражение в зеркале

«Почему в зеркале меняются местами правая и левая, а не верхняя и нижняя части изображения?»



Кисхор Бхагвати Лозанна, Швейцария
Зеркало не переворачивает изображение слева направо: оно меняет местами перед и зад относительно плоскости зеркала. Встаньте перед зеркалом. Протяните руку, например влево. И вы, и ваше отражение указывают в одном и том же направлении. Направьте руку вперед. Теперь рука вашего отражения протянута в противоположном направлении от вашей руки. Направьте руку вверх. Вы и ваше отражение опять указывают в одну сторону. Теперь встаньте к зеркалу боком и повторите то же самое. Направляя руку в сторону, вы с отражением будете указывать в противоположном направлении. Положите зеркало на пол и встаньте на него. На этот раз вы будете указывать в противоположные стороны, когда поднимете руку вверх, а ваше перевернутое отражение опустит ее вниз. Во всех случаях направление меняется, только когда ваша рука направлена на зеркало или от него.

Хилари Джонсонб Молверн, Вустершир, Великобритания
Суть ответа заключается в том, что отражение и поворот — разные вещи. Правая и левая стороны нашего тела симметричны, и потому мы стремимся воспринимать отражение как поворот вокруг центральной вертикальной оси. Нам представляется, что мир перед зеркалом повернут на 180° относительно вертикальной оси зеркала, и появляется за ним там, где мы видим его отражение. При таком повороте голова и ноги остаются там, где им положено быть, а левая и правая стороны тела меняются местами, как и видно на отражении.

Но если представить, что мир повернулся вокруг горизонтальной оси, проходящей поперек зеркала, мы встанем с ног на голову, а левая и правая половины тела останутся такими, как полагается. У отражения поменяются местами верх и низ, а не правая и левая стороны.

Итак, то, каким мы увидим отражение — с поменявшимися местами левой и правой стороной, или верхом и низом, или повернутым вокруг любой другой оси, — зависит от того, вокруг какой оси мы подсознательно (и ошибочно) представляем себе вращение мира.

Если лечь на пол перед зеркалом, можно наблюдать оба эффекта сразу. Комната сделает поворот вокруг вертикальной оси, так что поменяются местами левая и правая стороны, а у вашего тела стороны поменяются местами из-за поворота вокруг горизонтальной оси, проходящей из головы в ноги.



Питер Расселл Лондон, Великобритания
На самом деле изображение не перевернутое. Присмотритесь к своему лицу в зеркале: левая сторона находится слева, а правая — справа.

А теперь посмотрите на лицо другого, человека без зеркала. Оно тоже перевернуто, потому что иначе на него не взглянуть: его правая сторона находится напротив вашей левой. С таким же успехом можно посмотреть на вставшего на голову человека: его левая сторона будет соответствовать вашей левой, а ноги — голове. Но обычно мы так не делаем, потому что это очень неудобно.

Проведите такой эксперимент. Напишите на листе бумаги какое-нибудь слово и приложите его к зеркалу. Вы машинально повернете его вокруг вертикальной оси, и в зеркале левая и правая части слова поменяются местами. Это поворот изображения, а не зеркала.

Повторите эксперимент, на этот раз приложите к зеркалу листок, повернутый вокруг горизонтальной оси. Слово перевернется «вверх ногами».



Алан Хардинг Стэнстед, Эссекс, Великобритания
Проблема связана с тем, как мы воспринимаем отражение в зеркале. Мы представляем себя стоящими на карусели, которая сделала пол-оборота и перенесла нас туда, где мы видим отражение, т. е. в зеркало. Мы видим, что верх и низ тела остались на прежних местах, но левая и правая стороны поменялись местами.

Если вместо карусели воспользоваться чертовым колесом и представить, что оно подняло нас вверх, результат будет другим. Когда колесо делает пол-оборота, левая и правая стороны в зеркале оказываются на своих местах, а верх и низ меняются местами.

Трудность в том, что мы ошибочно пользуемся в этих экспериментах вращением, когда на самом деле в отражении меняются планы. Поскольку нам нелегко вращать свое тело в реальности, мы создаем умозрительную картину, но она не всегда соответствует тому, что мы видим в действительности.

Как правило, мы предпочитаем, чтобы верх и низ оставались на своих местах, потому воспринимаем левую и правую стороны как поменявшиеся в зеркале местами. Хотя при желании мы могли бы переставлять верх и низ.



Дэвид Сингер Сан-Франциско, Калифорния, США


Запечатано светом

«Вскрывая конверты с самоклеящейся полоской, я иногда замечаю в клее лиловое флуоресцентное свечение. Оно продолжается очень короткое время, но может повториться, если снова запечатать конверт и опять открыть его. Чем вызван этот эффект?»



Стюарт Дугуид Эдинбург, Великобритания
Окрашенное свечение — одна из форм хемилюминесценции. Для разделения склеенных поверхностей требуется энергия, которая разрушает силы притяжения между молекулами клея.

Предположительно, процесс открывания конверта придает избыточную энергию молекулам клея и приводит их в состояние возбуждения. Пока они возвращаются в нормальное состояние, энергия проявляется в виде зримого свечения. Разница в энергии между возбужденным и нормальным состоянием определяет длину волны, отсюда и цвет свечения, в данном случае — лиловый. Это явление отличается от флуоресценции, при которой свет (обычно ультрафиолетовый) сначала впитывается, а затем испускается с увеличенной длиной волны (в видимом спектре). При флуоресценции появляются яркие, радужные цвета, а синее свечение вы могли наблюдать, потягивая тоник возле ультрафиолетовой лампы, какие часто встречаются в ночных клубах.



Пол Райт Пил, остров Мэн
Подобный эффект можно увидеть, если оторвать кусок изоленты.

Впервые я заметил его примерно 30 лет назад, и это открытие по случайности произошло вскоре после взрыва в угольной шахте. Последними людьми, которые спустились в шахту до взрыва, были электрики.

Я задумался о том, пользовались ли электрики изолентой, и даже отправил властям письмо с вопросом о возможной опасности изоленты как причины взрыва.

Но мне ответили, что описанный эффект давно известен и что в этом свечении недостаточно энергии, чтобы вызвать взрыв метана в шахте.



Майк Гэй Канада
Я заметил свечение, о котором пишет автор предыдущего ответа, на конвертах из Королевского химического общества и задумался о том, как оно действует на воспламеняющиеся газы в атмосфере. Как я пошутил в обратном письме, члены Королевского химического общества часто вскрывают конверты в более взрывоопасной атмосфере, нежели метановая.

Недавно один из взрывов приписали именно этой причине — по крайней мере, сдиранию наклеенной этикетки. Возможно, в будущих изданиях «Справочника Бретрика по химически опасным реакциям» появится новая статья: «Клейкие этикетки. Толсон П. и др.».

Мощный свинцовый аккумулятор взорвался, когда оператор оторвал от него клейкую этикетку. Расследование показало, что при этом возникло напряжение более 8 киловольт. Взрыв вызван разрядом в заполненном водородом и кислородом пространстве после перезарядки аккумулятора. Разряды такого же рода редактор наблюдал при вскрывании конвертов с самоклеящимися полосками, полученных из Королевского химического общества.

П. Арбен Кенилуорт, Уорикшир, Великобритания


Барабанка

«Почему банка Swarfega при ударе издает барабанный звук?»



Брюс Басуэлл Бат, Сомерсет, Великобритания
Очищающему средству для рук Swarfega, как и многим другим веществам, присущи одновременно вязкость и эластичность. Этот гель образован сетью слабых эластичных связей. Под действием сдвигающего усилия они легко рвутся; это происходит, когда мы чистим этим средством руки. Если же связи не разорваны, а подвергнуты действию силы, не превышающей предел эластичности вещества (например, при ударе по банке), они не теряют энергию и вибрируют, как пружина.

Период вибрации зависит от энергии и длины связей. Если удар приходится по разветвленным сетям прочных и сравнительно коротких связей, например в металлической наковальне, звук будет звенящим и высоким. Сети слабых и длинных связей, как в средстве Swarfega, дают натуральные низкочастотные гармонические колебания при ударе. Эти колебания быстро гасит вязкий компонент средства, который не хранит энергию удара, а рассеивает ее в виде тепла и энтропии.



Уэйн Коллинз Тоддингтон, Бедфордшир, Великобритания
Средство Swarfega — либо гель, либо очень вязкая жидкость (фазовый переход возможен при обычных комнатных температурах). Есть что-то необычное в том, что самые распространенные вещества в природе обладают высокими внутренними потерями на трение, и при ударе по банке раздается глухой звук. Низкие внутренние потери Swarfega указывают, что на молекулярном уровне это вещество может обладать какой-то структурной упорядоченностью.

Поскольку это очищающее средство, у его молекул есть ионное окончание, которое соединяется с водой, и жировое окончание, которое вода отталкивает. Молекулы могут образовывать почти сферические структуры, в которых жировые окончания направлены наружу, а водяные — внутрь. Затем они будут легко скользить друг по другу, пока вещество не деформируется и в нем не возникнет механический резонанс с низкими потерями в случае малой амплитуды управляющего возмущения. Помнится, если в банку с Swarfega добавить воду, резонирующий эффект ослабеет.



Дж. М. Вудгейд Рэлей, Эссекс, Великобритания


В плену пленки

«Почему пищевая пленка не липнет к металлической посуде так же хорошо, как к такой же гладкой стеклянной или керамической?»



Тим Блумфилд Летчуорт, Хартфордшир, Великобритания
Пищевая, или упаковочная, пленка при отрывании от рулона приобретает электрический заряд. Затем она липнет к изолирующей поверхности по тому же принципу, по которому незаряженные клочки бумаги липнут к наэлектризованному экрану компьютера или телевизора.

Пленка прилипает к поверхности предмета, если между ним и пленкой имеется значительная разность электрических потенциалов. Это достигается, когда предмет служит изолятором. Если предмет металлический, заряд из пленки рассеивается в нем, нужный эффект не наблюдается.

Не липнет к посуде и старая пленка, давно оторванная от рулона. Спустя некоторое время пленка теряет заряд, а вместе с ним — и клейкие свойства.

Алистер Гамильтон По электронной почте, без обратного адреса
Пищевая пленка приобретает статический заряд, когда ее отрывают от рулона. Можно почувствовать этот заряд, если оторвать кусок пленки и поднести его к лицу: вы ощутите, что волоски на щеке встали дыбом. Этот заряд проникает в металл, а в стекле или в пластике остается на поверхности. Чем больше статического электричества, тем надежнее держится пленка.

Джеффри Уэллс По электронной почте, без обратного адреса


Кто шуршит?

«Откуда берется энергия, от которой тонкий белый пакет из супермаркета так громко шуршит?»



Люси Беркиншоу Лестер, Великобритания
Эту энергию создаете в основном вы, потому что сам по себе пакет не шуршит. Шорох создают резкие движения, таких же можно добиться, если тереть или сгибать жесткую пластину. Пакеты делают из полиэтиленовой пленки, которая в отсутствие специальной обработки отличается податливостью, хорошо мнется и почти не издает шума. Она эластичнее, чем пластик, поэтому легко поглощает напряжение. Но для изготовления пакетов пленку растягивают, чтобы она стала тонкой, удобной в обращении и настолько дешевой, чтобы выдавать ее бесплатно вместе с товарами. При этом молекулы выравниваются, образуют более жесткие поверхности. Чтобы пакеты выглядели лучше, а их содержимое не было таким заметным, производители добавляют в полиэтилен красители и затвердители. В итоге получаются пакеты, которые отзываются громким шорохом на каждое движение, прикосновение и трение.

Джон Ричфилд Деннесиг, Южная Африка


Первое включение

«Почему нить лампочки обычно лопается, когда свет включают после перерыва, а не в конце длинного вечера, когда нить раскалена после длительной работы?»



Алан Стейтен Сент-Айвс, Корнуолл, Великобритания
Когда лампочку включают, на тонкую нить накаливания обрушивается тройной удар.

От сопротивления металла повышается температура нити. При включении сопротивление составляет одну десятую долю обычного рабочего, поэтому через нить проходит ток силой, в десять раз превышающей расчетную величину, быстро нагревает нить и создает тепловое напряжение.

Если какая-нибудь часть нити тоньше остальных участков, она будет нагреваться еще быстрее. Удельное сопротивление на миллиметр длины окажется выше, чем в остальной нити, поэтому на данном участке тепло будет накапливаться быстрее, чем на соседних, в результате тепловое напряжение резко возрастет.

Вдобавок ко всему, нить представляет собой спираль, которая также действует как электромагнит. Из-за магнитных свойств соседние витки отталкиваются друг от друга, поэтому проходящий по нити ток оказывает воздействие на тонкую и хрупкую нить, создавая механическое напряжение.

Неудивительно, что бедняжка рвется при включении света.

Роберт Сениор Ашгингем, Ратленд, Великобритания
Чем выше сила электрического тока, который проходит через вольфрамовую нить обычной лампочки накаливания, тем сильнее нагревается металл. Когда лампочку только включают, температура нити очень быстро повышается, нить раскаляется добела. При таком быстром нагревании нить подвергается максимальному воздействию физического и теплового напряжения. Когда ток выключается, нить находится в тепле лампочки, поэтому температура изменяется медленнее, чем при включении. Следовательно, вероятность, что нить лопнет при включении, гораздо выше, чем во время работы или при остывании после включения.

Росс X. Клеменс Норт-Наррабин, Новый Южный Уэльс, Австралия
Нить накаливания лампочки лопается при включении тока потому, что сила тока и температура при этом максимальны. Если измерить сопротивление холодной нити лампочки, обнаружится, что оно гораздо меньше расчетного.

Для 100-ваттной лампочки сопротивление, измеренное мной в холодном состоянии, составило всего 6 Ом, а в горячем — около 140 Ом. Таким образом, сила тока и температура гораздо выше при включении, чем после того, как лампочка уже поработала некоторое время и достигла расчетной температуры. Это особенно справедливо для тех участков нити, где она истончилась от старости и испарения частиц металла. Большая начальная сила тока действует на эти участки нити, создавая температуру гораздо выше стандартной, отчего нить и плавится. Сразу после включения лампочки выполняют более трудную работу, тонкие участки нити нагреваются гораздо сильнее, чем просто при эксплуатации.



У. Анрах Ванкувер, Канада
Лампочка накаливания дает свет благодаря нагреванию вольфрамовой нити до температуры около 2500 °C. При высокой температуре атомы вольфрама испаряются с поверхности нити, вызывая почернение, которое иногда видно внутри стеклянной колбы. Из-за этого испарения нить со временем становится тоньше.

Горячая точка, разрушающая нить, может появиться на ней по двум причинам. Во-первых, если расстояние между двумя витками вольфрамовой спирали окажется меньше среднего, температура сжатых витков будет выше нормальной, поскольку пространства для излучения у них меньше. Во-вторых, некоторые витки спирали могут быть тоньше остальных. Сопротивление этих витков окажется выше, чем у обычных.

Следовательно, скорость теплообразования в горячих точках будет больше, чем на соседних участках, а поскольку площадь поверхности тонких участков меньше, скорость теплоотдачи падает, таким образом температура нити оказывается выше нормальной.

Поскольку скорость испарения увеличивается экспоненциально росту температуры, более горячие точки будут истончаться быстрее. По мере утончения нити в горячих точках ее сопротивление растет, следовательно, увеличивается и температура. Поэтому температура будет продолжать повышаться, а нить — истончаться в ускоряющемся темпе.

Сопротивление холодной нити лампочки составляет примерно одну десятую сопротивления при нормальной рабочей температуре. Это означает, что при включении сила тока очень велика по сравнению с нормальной рабочей. Если диаметр нити в горячей точке станет достаточно мал, мощный ток при включении может расплавить нить.

Когда между концами разорванной нити образуется зазор, электрический разряд вызывает искру или дугу в нем. Эта дуга может распространиться на провода, подводящие ток к нити накаливания. В этом случае дуга низкого сопротивления резко увеличивает силу тока в лампочке, и это, в свою очередь, вызывает срабатывание предохранителя или выключение тока в цепи. Дугу можно увидеть как вспышку света внутри лампы.



Билл Мадилл Университет Центральной Англии, Бирмингем, Великобритания


1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница