Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Если вы готовите чай по старым рецептам, из рассыпной смеси, а не из пакетиков, вы, возможно обратили внимание на еще один любопытный с точки зрения науки эффект. Когда вы сильно мешаете чай ложечкой, его крупинки собираются в центре чашки и движутся по направлению ко дну, вместо того чтобы прижиматься к внутренним стенкам, как можно было бы ожидать. Поначалу они действительно движутся в сторону от центра, но стоит вам прекратить мешать, как движение жидкости замедляется из-за трения между нею и стенками, а также дном чашки. Это создает вторичное завихрение, которое затягивает воду от стенок чашки к центру, втягивая туда же и крупинки чая, которые под действием своего веса оседают на дне, а водоворот чая все еще кружится над ними. Кто еще обращал внимание на этот полезно-бесполезный пример науки на кухне? Альберт Эйнштейн в своей малоизвестной работе, опубликованной в 1926 году[257].

Происшествие с заварным кремом

Чашка чая всегда остается чашкой чая. Независимо от того, как долго вы мешаете его и делаете ли это по-своему (ламинарным способом) или по-моему (турбулентно), чай остается собой. Жидкости, которые ведут себя таким простым способом, называются ньютоновскими: они подчиняются классическим законам физики, сформулированным Ньютоном в XVII веке.

Но не все жидкости такие. Это я открыл, на свою беду, одним школьным утром, когда мне было то ли 12, то ли 13 лет. Я был на уроке кулинарии (которая тогда называлась «домоводством» или, может быть, «домашним хозяйством»), и мне в первый раз показывали, как делать заварной крем. У меня поначалу выходило неплохо, но потом я запоздал с помешиванием, и крем подгорел со дна кастрюльки. Я оставил его остывать и забыл о нем до конца урока, когда уже не оставалось времени на спасение ситуации. Делать нечего, и я понес пол-литра подгорелого холодного заварного крема в рюкзаке домой. Там в голову мне не пришло ничего лучшего, как слить крем в раковину на кухне. Большая ошибка! По мере того как я оттирал его от стенок кастрюльки и яростно мешал, масса сильно разбухла. То, что поначалу представляло собой желтоватую водянистую смесь, превратилось в толстую желеобразную массу. О нет! Я попытался помешать ее еще, но это только ухудшило дело. Чем больше я волновался и чем яростнее мешал смесь, тем плотнее она становилась. В итоге она превратилась в подобие кусков каучука. Мне пришлось их вычерпывать деревянной кухонной ложкой и заталкивать в сливное отверстие мойки.

Только через 10 лет я понял, что же тогда произошло, теперь уже во время лекции. Большинство жидкостей (например, чай и вода) являются ньютоновскими, но другие мы могли бы назвать неньютоновскими. Приложите к ним силу – и они не просто сместятся или будут вращаться, как чай при помешивании. В зависимости от своей молекулярной структуры они станут либо более вязкими (дилатантные), либо более текучими (псевдопластичные). Заварной крем (и всё, что содержит кукурузную муку) относится к вязким жидкостям; кровь, кремы для лица, кетчуп, зубная паста и даже мокрота – к псевдопластичным. Вы встряхиваете бутылку с кетчупом, чтобы сделать его более текучим (прикладываете к нему силу, вызывая деформацию сдвига, чтобы сделать его псевдопластичным). Возможно, вы много раз видели (но не придавали этому значения), что зубная паста работает так же. Она выползает из тюбика, как толстый и ленивый червяк, но уже через секунду-другую волшебным образом превращается в текучую жидкость. Псевдопластичные жидкости доставляют нам гораздо меньше хлопот, чем вязкие, и обнаруживать их гораздо интереснее. Например, естественная мокрота в легких при приложении к ней усилия (кашель) легко покидает тело через рот. Возможно, неприятный пример, зато точный.

▲ Кетчуп: псевдопластичная неньютоновская жидкость. Сами по себе волокна томатов связываются в бутылке с кетчупом в некое полувязкое образование. В таком виде соус извлечь из бутылки трудно. Но стоит встряхнуть его, и вы разорвете полувязкие связи, тогда жидкость из бутылки вытечет легко.

Опыты с блендерами