99 секретов науки

Второй закон термодинамики описывает необратимость жизненных процессов. Он звучит так: энтропия изолированной системы неминуемо возрастает. Для неспециалиста эта фраза звучит непонятно, но на самом деле все мы сталкиваемся с необратимостью каждый день. Если вы разобьете яйца и приготовите из них яичницу, вы никогда не сможете возвратить яйца в первоначальное состояние. Зубная паста, выдавленная из тюбика, обратно не вернется. Подобных примеров можно найти тысячи.

Невозможна такая ситуация, при которой кубик льда при комнатной температуре будет становиться все холоднее, забирая холод из воздуха и нагревая его. Второй закон термодинамики как раз говорит о направленности физических процессов. Тепло направляется в более холодные области, энтропия (или хаос) в замкнутых системах нарастает.

№ 93. Либо движется, либо нет. Первый закон Ньютона

Исаак Ньютон прославился не только тем, что на его голову упало яблоко и в результате озарения он открыл закон всемирного тяготения. Ученый был настоящим гигантом мысли, и в его гениальном мозгу постоянно рождались революционные для того времени идеи. Причем это были не просто измышления, как у многих других исследователей XVII века, а обоснованные и доказанные теории.

Мыслители и ученые, начиная с древнегреческих философов, пытались обнаружить законы движения, которым бы подчинялось все в нашей Вселенной: и песчинки, и звезды, и планеты. Но до Ньютона это никому не удавалось. Он же сумел увидеть мир как нечто цельное и единое, устроенное одинаково на всех уровнях и состоящее из одинаковых мельчайших частиц – атомов. Все тела взаимодействуют друг с другом – провозгласил Ньютон. Все изменения, происходящие в них, обусловлены их взаимодействием друг с другом.

Первый закон движения Ньютона был весьма революционным. Ученый утверждал, что тело, на которое не действуют никакие силы, будет оставаться либо в состоянии покоя, либо в состоянии равномерного прямолинейного движения. По поводу покоя никаких вопросов не было, из личного опыта все знают, что если положить книгу на стол, она там и останется. Но пункт, касающийся движения, потребовал разъяснений.

До Ньютона считалось, что для продолжения движения необходимо постоянное применение силы. Если прекратить грести веслами, лодка не будет плыть дальше, если, стоя на самокате, перестать отталкиваться, он никуда не поедет. Ньютон же заговорил об инерции. В первом законе речь идет о теле, которое изначально находилось в равномерном прямолинейном движении. Если его не трогать и не мешать ему, движение продолжится. В земной реальности телу обычно что-то мешает, хотя бы сила трения, заставляющая его замедляться. Зато планеты движутся вокруг Солнца в строгом соответствии с первым законом, ведь трения в космосе нет.

№ 94. За секунду до раскрытия парашюта. Предельная скорость падения

Представьте такую ситуацию: осень, опавшая листва, вы несетесь в автомобиле по дороге. Что в этой ситуации произойдет с красивыми желтыми листьями, усеявшими асфальт? Те, кто отличаются наблюдательностью, замечали: сухие листья не просто разлетаются в разные стороны, они закручиваются в вихри, как будто танцуют осенний вальс. Эти вихри – не что иное, как турбулентные завихрения, возникающие из-за сопротивления воздуха. Точно такие же вихри образуются при падении тела с большой высоты.

Когда тело падает, оно, в соответствии с законами механики Ньютона, должно набирать ускорение – двигаться все быстрее и быстрее. Так и происходит в безвоздушной среде. В земной атмосфере или в любой другой среде, обладающей сопротивлением, все несколько иначе. Падающее тело сталкивается с молекулами воздуха и в процессе падения как бы раздвигает их. Возникает аэродинамическое сопротивление, которое еще называют вязким торможением. Чем сильнее увеличивается скорость падающего тела, тем больше ему сопротивляется воздух. Если падение длительное, то в какой-то момент эти две силы приходят в равновесие, и тогда ускоренное падение становится равномерным. Тело больше не ускоряется, оно продолжает падать с одинаковой скоростью.

Парашютисты, постоянно испытывающие на себе действие этих двух сил, знают предел скорости, которого они могут достичь до раскрытия парашюта. Если они падают, раскинув руки, как морская звезда, то максимальная скорость может составить 190 км/ч. Если же ныряют «рыбкой», то она увеличивается до 240 км/ч. Почему такая разница? Об обтекаемости тел слышали все, нетрудно догадаться, что здесь дело именно в этом. Тело обтекаемой формы встречает меньше противодействия воздуха, если же тело имеет поверхности, увеличивающие сопротивление, то вокруг него образуются завихрения, и оно замедляется.

№ 95. В два раза умнее каждые два года. Закон Мура о производительности компьютеров