Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Именно поэтому мы кладем в кровать для согревания бутыли или другие емкости с горячей водой, а не разогретые куски железа. В старину люди использовали медные грелки, которые были похожи на закрытые сковородки с длинными ручками, заполненные горячими углями. Поначалу они были горячими, но долго тепло не держали, поскольку медь обладает сравнительно небольшой теплоемкостью. К тому же они были небезопасны в использовании.

▲ Почему вода хорошо держит тепло. Вода держит тепло лучше почти всех веществ и материалов: у нее высокая удельная теплоемкость. Это означает, что нужно больше энергии (4 Дж), чтобы нагреть 1 г воды на 1 °C. Металлы имеют низкую удельную теплоемкость, потому что являются хорошими проводниками тепла (обладают высокой теплопроводностью). Приведенные выше данные по теплоемкости веществ измерены в соотношении 1 Дж / 1 г / 1 °C.

Бутыль с горячей водой, завернутая в толстую мягкую ткань, остается сравнительно теплой и наутро после того вечера, когда она была наполнена. И всё потому, что молекулы воды так хорошо сохраняют тепло. По тому же принципу работает и ваше тело. Почему вы так долго не можете согреться в постели? Потому что ваше тело – в основном вода.

Вода в движении

Готовность воды двигаться по трубам важна едва ли не столько же, сколько ее готовность сохранять тепло. Если бы она была более вязкой и медленно текла, а не перемещалась потоком, мы наверняка меньше ее использовали бы. Представляете, сколько времени занимали бы душ, посещение туалета, мытье посуды или стирка, если бы вода двигалась со скоростью, скажем, патоки. Центральное отопление на основе патоки все равно работало бы, но гораздо менее эффективно. Жидкость так же отдавала бы тепло в каждом помещении, но гораздо медленнее возвращалась в отопитель для повторного нагрева.

Водоснабжение и сантехника основаны на текучести воды и ее способности двигаться под давлением и силой земного притяжения: водонапорные башни всегда высокие и располагаются на возвышенностях. Когда вы поворачиваете кран дома, вода вырывается из него потому, что, например, на чердаке или крыше у вас стоит водяной бак, из которого она бежит вниз. Такое «низкотехнологичное» водоснабжение обычно очень эффективно, хотя и имеет свои недостатки. Быстро текущая по трубам под своим весом вода иногда сильно шумит. Вода – довольно тяжелое вещество, поэтому при прохождении системы труб из-за гравитации она приобретает значительную кинетическую энергию. Если вы быстро закроете кран, разбежавшаяся вода, ударившись о запор, частично вернется назад, как волна, ударившаяся о дамбу. При этом иногда возникает неприятный вибрирующий звук, который сантехники называют гидравлическим ударом (гидроударом).

Движение воды часто сопровождается движением воздуха. Иногда они перемещаются в противоположных направлениях. Вот простой опыт, который вы можете проделать дома (лучше над мойкой на кухне или над ванной). Возьмите использованную пластиковую бутылку любого размера, до предела наполните ее водой и плотно завинтите пробку. Сделайте булавкой небольшие отверстия в боковых стенках бутылки и посмотрите, что произойдет. Ничего. Из отверстий вода почти не выйдет, разве что всего несколько капель. А все потому, что давление воздуха закрывает отверстия. Отвинтите крышку – и вода потечет сквозь дырочки. Воздух устремится в бутылку через горлышко, выдавливая из нее воду.

В принципе вода может покинуть сосуд только тогда, когда ее место занимает воздух. Вы можете проверить это, опорожняя бутылку двумя нижеприведенными способами (для этого опыта используйте другую бутылку, без дырочек, иначе промокнете).

Наполните пластиковую бутылку водой по горло и оставьте ее открытой. Быстро переверните бутылку горлышком вниз и понаблюдайте, как быстро она опорожнится. Обратите внимание на то, что происходит в области горлышка. Там наблюдаются какие-то вихревые явления, а вода вытекает толчками, которые сменяются небольшими паузами? Здесь происходит борьба между воздухом и водой: воздух старается попасть в бутылку, а вода – вырваться из нее. Опустошение бутылки с водой по сути означает наполнение ее воздухом. Булькающие звуки возникают потому, что вода и воздух двигаются поочередно. Выливается порция воды, ее место тут же занимает воздух и т. д.