Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Гидрокостюмы – прорезиненная одежда для плавания и ныряния, которую так любят сумасшедшие серферы и дайверы, – обеспечат вам что угодно, только не сухость. Даже если вы пройдетесь в них под дождем, то промокнете. Сквозь материал, из которого сделаны эти костюмы, – неопрен – воды просочится немного, но вас так «поджарит» изнутри, что скоро вы начнете сильно потеть. Зимние гидрокостюмы недаром называют «саунами». Простой шерстяной пуловер обеспечит вам большую сухость, по крайней мере в моросящий дождь. В шерсти есть немного ланолина (животного воска), отталкивающего воду; чешуйки на наружной поверхности ее волокон плотно «сцепляются» между собой, добавляя шерсти водоотталкивающий эффект, в результате которого значительное количество воды скатится с вашего свитера, не проникнув внутрь. В обычном пуловере нити могут находиться друг от друга на приличном расстоянии. А в свитере плотной вязки они близко прилегают друг к другу и удивительно хорошо защищают от мелкого надоедливого дождя.

В ливень шерсть вас не защитит: здесь нужна водонепроницаемая одежда. Большинство таких вещей изготавливается из синтетических тканей (основу которых составляют пластические волокна) вроде нейлона. Они не пропускают воду, потому что их волокна микроскопически малы и прочно переплетены. В отличие от волокон шерсти, синтетические воду почти не впитывают. Капли остаются на поверхности и не проникают внутрь. Такие «бисеринки» легко стряхнуть, оставив поверхность практически сухой. Но у многих был очень неприятный опыт ношения нейлоновых ветровок и курток, которые на 100 % водонепроницаемы снаружи, но затапливают вас вашим же потом изнутри. Пережив пик популярности в 1970–1980-х, такие куртки и плащи сейчас уступили место «дышащим» материалам, например гортексу (Gore-Tex). «Дышащий» водонепроницаемый материал? Звучит парадоксально. Так оно и есть. Кроме того, из вышеприведенного определения можно вывести невозможность существования такого материала с учетом законов физики. Как может кусок ткани не допустить проникновения влаги внутрь, но выводить ее изнутри наружу?

▲ Водонепроницаемый дышащий материал. Гортекс содержит микроскопические отверстия, называемые микропорами, которые способны пропускать испарения тела наружу, не впуская влагу внутрь. Дождевые капли в тысячи раз больше этих микропор, а молекулы воды, содержащиеся в нашем поте, в сотни раз меньше их.

Всё объясняется физическим различием между дождевыми каплями и водяными молекулами в нашем поте (кожном дыхании). Большая капля дождя состоит из нескольких секстиллионов (10²¹) водяных молекул, плотно сцепленных друг с другом. В парах воды молекулы разъединены и существуют сами по себе. Иными словами, капля дождя неизмеримо больше отдельной молекулы воды. Водоотталкивающая и «дышащая» ткань вроде гортекса использует это различие. Как указывают ученые из корпорации W. L. Gore and Associates, их чудо-материал имеет мембраны с отверстиями в 700 раз больше диаметра молекулы воды (которые свободно проникают наружу) и в 20 000 раз меньше размера самой маленькой капли дождя (которая не может проникнуть внутрь)[299]. Именно поэтому такая ткань может одновременно и отталкивать воду, и «дышать». Разумеется, если процесс потоотделения идет очень интенсивно, какая-то часть молекул воды будет конденсироваться на поверхности кожи, не успев «выскользнуть» наружу. Даже в самых «дышащих» тканях тело может оставаться немного влажным. И эта влага забирает некоторое количество тепла. Тем не менее «дышащие» плащи и куртки обычно значительно теплее, чем их более дешевые собратья из нейлона. И всё потому, что внутри они, как правило, суше.

Как носить одежду долго

Когда вам было пять-шесть лет и вы после занятий стремглав летели в раздевалку, вряд ли вы сильно беспокоились о том, чтобы вам было тепло и сухо. Сейчас от одежды требуется больше. Она должна быть безопасна, комфортна и обеспечивать свободу движения. При этом предметы одежды должны оставаться надежными и функциональными. И они справляются с этой задачей.

В начале этой главы я сравнил одежду со зданиями. Интересно рассмотреть сходства между ними. Строительные материалы должны отвечать множеству практических требований: от обеспечения устойчивости строений и сопротивляемости ветру до удержания тепла внутри и защиты от влаги снаружи. Мы представляем себе здания как инженерные сооружения, хотя, по сути, это «одежда» для нашего дома. Они обеспечивают защиту, неприкосновенность личной жизни и чистоту. То же можно сказать и об одежде. И она подчиняется законам физики, как и наши дома.