Дэйв Зобель - Теория Большого взрыва. Наука в сериале

[научная вставка]

µG ≠ 0G

Время от времени мы слышим от Говарда о его нахождении в невесомости (нулевой гравитации), сначала во время его тренировки в самолете в свободном падении (в народе называемом «рвотной кометой»), а затем на борту Международной космической станции. Но правда в том, что «нулевая гравитация» – это такой же устаревший термин, как и «открытый космос» и «ракета», который присутствует в научной фантастике, но не относится к науке.

Открытый космос – это просто космос. Ракета – это космический аппарат. А Говард никогда бы не смог испытать нулевую гравитацию. Ни одно человеческое существо на это не способно. Для начала, несмотря на то что сила земного притяжения быстро уменьшается с увеличением расстояния, на высоте Международной космической станции она уменьшится только на 15%. На высоте Луны она почти в 4000 раз слабее, чем на Земле, но и этого достаточно, чтобы держать Луну на орбите, как это понял Ньютон (см. главу 13). Если бы МКС или Луна на орбите вдруг остановились, они не повисли бы в пространстве, а камнем полетели бы вниз по направлению к Земле вместе с космонавтами, их флагами, фантиками и остальным добром.

Говард может легко плыть по МКС только потому, что он вместе со станцией находится на орбите вокруг Земли, и потому, что то, что его окружает, падает вокруг планеты с одинаковой скоростью. То же самое происходит с вами на американских горках, когда вы летите вниз. Вы падаете, и ваши внутренности падают вместе с вами. Они до сих пор внутри вас, но вы уже не ощущаете их вес, свисающих с вашего скелета, и поэтому вы чувствуете себя «невесомым».

Каждый кусочек материи, независимо от размера, который вы можете увидеть (и который не можете), вырабатывает силу притяжения, и неважно. Чтобы ощутить отсутствие какой-либо гравитации, вам нужно удалиться на бесконечное расстояние от всех предметов или окружить себя абсолютно сбалансированным распределением материи, чтобы притяжение с одной стороны было идеально сбалансировано с притяжением с противоположной стороны.

Этого никогда не произойдет. Даже на орбите Говарда постоянно тянут со всех сторон малюсенькие поля, и более точным термином для его практически невесомого состояния было бы слово «микрогравитация». Для него и для остальных космонавтов невозможно полностью избежать воздействия силы тяжести.

Ему проще убежать от мамы.

7

Физз-ика

ПЕННИ: ТАК ЧЕМ СЕГОДНЯ ЗАЙМЕМСЯ? ЗАРУБИМ В ХЕЙЛО? ПОСМОТРИМ «ЗВЕЗДНЫЙ КРЕЙСЕР ”ГАЛАКТИКА“»? ПОБРОСАЕМ МЕНТОС В ДИЕТИЧЕСКУЮ КОЛУ?

ЛЕОНАРД: ТЫ ХОЧЕШЬ ПОСМОТРЕТЬ «ЗВЕЗДНЫЙ КРЕЙСЕР»?

ПЕННИ: НУ А ЧТО ПОДЕЛАТЬ. Я СЕГОДНЯ БОТАНЮ ПО ПОЛНОЙ.

В «Хейло» можно играть часов десять, а то и больше, «Звездный крейсер ”Галактика“» можно смотреть дней десять, а вот конфетка в бутылке газировки принесет десять тонн радости в секунду. И в отличие от «Хейло» (научно-фантастическая видеоигра) и «Звездного крейсера “Галактика“» (научно-фантастический сериал), диетическая кола и Ментос являются экспериментом из раздела «Сделай сам», имеющим твердые научные корни.

ו Шаг первый: добавьте несколько драже Ментос в только что открытую бутылку диетической колы или любой другой газировки.

• Шаг второй: теперь время приступать к уборке.

В тот же момент, когда Ментос коснется газировки, из бутылки вырвется мощная струя пены. При идеальных условиях извержение может достигнуть более 4,5 метра.

Ментос – название мятных драже, распространяемых компанией Perfetti Van Melle. Наравне со словами «сутки» или «чернила», оно не имеет разных форм для множественного и единственного числа.

Этот феерический эффект вовсе не является результатом химической реакции между драже и газировкой. С химической точки зрения, ничего нового не создается, все компоненты гейзера остаются неизменными. Они просто одновременно освобождаются и прекрасно иллюстрируют изменения физических свойств.

Изменения физических свойств – изменение физической формы вещества, но не его химического состава, то, что происходит, когда тает лед, кофе перемалывается, вода и почва образуют грязь, а углерод кристаллизуется в бриллиант

Химические изменения – изменение химического состава вещества, как, например, происходит при соединении уксуса и пищевой соды с последующим образованием пены, неочищенная нефть превращается в бензин, а бамперы ржавеют.

Углекислый газ (CO2) – это газ, который заставляет газировку пузыриться. В запечатанной бутылке CO2 растворен, плавая в маленьких пузырьках, которые трудно различить невооруженным глазом. Давление не дает им сливаться в более крупные пузырьки. Поэтому-то закрытая бутылка газировки и выглядит как обычная жидкость.

Открыв бутылку, мы сбрасываем давление, позволяя крошечным пузырькам собраться в большие и устремиться к поверхности. Драже Ментос помогает сделать это гораздо быстрее и неаккуратнее. Чем больше драже, тем быстрее поток и тем больше беспорядка. Но почему?

Если вы заглянете в стакан газировки, вы увидите потоки пузырьков, появляющиеся ниоткуда и устремляющиеся вверх. На самом деле они образуются на поверхности практически невидимых царапин и неровностей внутренних стенок стакана. Производители даже специально создают сеть специальных царапин на дне пивных кружек или формируют стеклянную бусину на дне бокала для шампанского, чтобы создать очаги нуклеаризации приятных глазу пузырьков.

Нуклеаризация – соединение маленьких пузырьков или капелек в большие, обычно вокруг неровностей или посторонних предметов.

Мыльный пузырь, парящий в воздухе, имеет приблизительно сферическую форму. Но как только он коснется мокрой поверхности куска мыла и его нижняя часть больше не соприкасается с воздухом, поверхностное натяжение превращает его в купол. По той же причине, когда микроскопический пузырь растворенного углекислого газа касается микрократера или микроканьона на поверхности стекла, он теряет свою идеальную форму и сплющивается.

Другие проходящие микропузырьки скапливаются в том же самом месте, собираясь в один большой пузырь, который скоро становится достаточно большим и плавучим, чтобы отделиться от своего очага нуклеаризации. Пузырь начинает подыматься к поверхности жидкости. По дороге он подбирает еще больше углекислого газа и становится еще плавучее. Ко времени, когда он достигает поверхности, он уже довольно большой и двигается достаточно быстро. А тем временем внизу формируется еще один пузырь, и весь процесс повторяется сначала.

Невооруженному глазу кажется, что драже Ментос имеет очень гладкую, почти глянцевую поверхность и похоже на M&M-переросток. Под микроскопом же видно, что его поверхность покрыта крошечными углублениями и трещинами, как раз идеального размера для того, чтобы разбавленный микропузырек CO2 смог там закрепиться. Фактически шероховатая поверхность Ментос настолько хороша для того, чтобы вытягивать углекислый газ из раствора, что пузырьки с самого начала получаются большими и резвыми. Они не просто медленно ползут к поверхности и выходят из бутылки, они вырываются бурным потоком. Любая жидкость, попадающаяся на их пути, выталкивается вместе с ними – иногда все полбутылки. Вы можете проиллюстрировать факт, что это физическая, а не химическая реакция, налив газировку в пустую бутылку и положив в нее Ментос. Реакция будет гораздо слабее. Ингредиенты те же, а извержение гораздо менее впечатляющее. Это потому, что переливание газировки позволяет углекислому газу перебраться к поверхности и безобидно выйти в атмосферу. К тому времени, как Ментос приступает к работе, остатка растворенного CO2 уже недостаточно для эффектного зрелища. (Это объясняет и то, что запивание Ментоса газировкой – хоть мы все же и не рекомендуем вам это делать – редко приводит к фонтанирующей рвоте, не говоря уже о разрыве желудка. К тому времени, как газировка встретится с Ментос где-то внутри вас, бо́льшая часть газа уже освободится.)

Новая машина с газомотором

Развлекательный портал EepyBird широко известен своими зрелищными демонстрациями эффекта кока-колы и Ментоса. Они устраивали целые шипяще-бурлящие балеты из сотен и даже тысяч бутылок газировки.

В 2010 году они создали видео «машины-ракеты»: передняя часть горного велосипеда была приварена к небольшому прицепу. На трейлере были аккуратно размещены 108 бутылок не диетической колы, а «нулевой» (Coke Zero – ее практически идентичная копия в более мужественной упаковке [40]). Каждая бутылка была заряжена шестью драже Ментос и подведена к сооружению из поливочных труб. «Мотор» приводился в действие с помощью хитрой веревочно-рычаговой конструкции, которая выпускала все 648 драже Ментос одновременно.