99 секретов науки

Вернемся к вопросу об одинаковости снежинок. Сто лет назад считалось, что одинаковых снежинок не бывает. Любители охотились за их разными формами, фотографировали, зарисовывали, изучали и были уверены, что каждый снежный кристалл уникален. В конце ХХ века мнение изменилось: ученым удалось в лабораторных условиях создать одинаковые снежинки. А раз это получилось в лаборатории, значит, возможно и в природе. Вероятность того, что кристалл льда, на который влияет множество разных факторов, два раза сформируется абсолютно одинаковым, очень мала, но она существует.

Но совсем недавно и эта теория была опровергнута. Оказывается, даже если снежинки одинаковы внешне, они имеют разную внутреннюю кристаллическую структуру. Так что одинаковых снежинок все-таки не бывает. Во всяком случае, так считается на сегодняшний день.

№ 83. Звук превращается… в свет! Сонолюминесценция

Изучая свойства ультразвука, физики экспериментировали с разными средами. Создавая мощную ультразвуковую волну в емкости с водой, они наблюдали странное явление: в центре водяного резервуара появлялось голубое свечение. Много лет никто не мог понять, что это такое, ведь не может же звуковая волна создавать свет. Оказывается, может!

Звуковая волна – это чередование двух видов давления, высокого и низкого. Когда давление максимально понижается, оно может стать отрицательным, «разорвать» воду и создать пузырек газа. При повышении давления этот пузырек мгновенно схлопывается, из-за этого происходит резкое нагревание до очень высоких температур, что вызывает короткую вспышку света. В определенных условиях пузырек воздуха остается на месте, сжимается-расширяется, и свечение кажется стабильным.

№ 84. Ходить по воде? Легко. Неньютоновская жидкость

Вы когда-нибудь катались в лодке по озеру? Если катались, то, возможно, заметили, что грести веслами труднее, если делать это быстро. Заметил это и Исаак Ньютон еще в конце XVII века. Дотошный ученый не мог пройти мимо данного примечательного факта, он занялся исследованием свойств воды и других жидких субстанций и вывел закон: вязкость жидкости возрастает пропорционально силе воздействия на нее. Этот закон относится к обычным жидкостям, с которыми мы постоянно сталкиваемся в быту. Такие жидкости назвали ньютоновскими.

Но в природе существуют и неньютоновские жидкости, обладающие совершенно поразительными свойствами: их вязкость и плотность становятся больше, если воздействовать на них быстро и с определенной силой. Такая жидкость при достаточно сильном воздействии может даже затвердеть!

Самый простой пример неньютоновской жидкости – вода с крахмалом. Если смешать две эти субстанции, получится нечто похожее на сметану. Мы можем налить эту «сметану» в миску и медленно перелить ее в другой сосуд. Она оправдает наши ожидания и спокойно перельется. Но если мы начнем с силой сжимать ее в руке, то в нашей ладони окажется твердый комок. Как только мы прекратим сжатие, он медленно растает. Если наполнить крахмальной «сметаной» бассейн, то по ней можно даже бегать – но только быстро, при медленном перемещении она будет вести себя как жидкость.

Загадка нетипичного поведения неньютоновских жидкостей кроется в их структуре – она неоднородна и состоит из крупных молекул, соединенных хаотичными связями, которые можно представить в виде пружинок. Если воздействовать на субстанцию быстро, пружины сжимаются, вещество становится твердым. При медленном плавном воздействии пружинки растягиваются, ослабевают, вещество реагирует как жидкость.

№ 85. Вода в воде не тонет. Плотность льда

Некоторые вещества могут быть то твердыми, то жидкими, в зависимости от обстоятельств, в первую очередь от температуры. Прежде всего, на ум приходит вода – в мороз она превращается в лед. Парафин или воск плавятся, если становится достаточно жарко. Для того чтобы расплавились свинец или олово, понадобится довольно высокая температура, но это вполне возможно.

Вода отличается от других подобных веществ. Если в чашку с расплавленным парафином бросить кусочек твердого парафина, он утонет. То же самое произойдет с воском, свинцом и другими веществами. Но только не с водой. Все мы видели, как льдинки плавают по поверхности лужи, а огромные глыбы льда перемещаются по северным морям.

В чем же секрет самой распространенной на планете жидкости? Почему твердая вода не тонет в жидкой, как это происходит в других случаях? Все дело в том, что при замерзании объем воды увеличивается и, соответственно, уменьшается плотность. Менее плотные субстанции не тонут в более плотных. Например, пенопласт не тонет в воде, пробка – в масле, а железная гайка – в ртути.