Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Может показаться, что при ходьбе практически не расходуется энергия (или ее расходуется очень мало): хоть вы и должны поднимать ноги, через мгновение вы ставите их обратно. Теоретически, ставя ногу на землю, вы получаете обратно всю энергию, которую израсходовали на поднятие конечности наперекор силе гравитации. Но на практике вы теряете энергию, поскольку вам приходится напрягать и расслаблять мышцы. Вообще ходьба – не очень эффективное физическое упражнение, ведь вы должны поворачивать корпус из стороны в сторону и переносить вес тела с одной ноги на другую[302]. Каждый шаг подразумевает, что вы сначала изгибаете, а потом выпрямляете свой ботинок, что приводит к потере энергии точно так же, как при «сопротивлении качению» у шины автомобиля или велосипеда (см. главу 4). Многие понимают, что дальние пешие походы или походы в горах даются труднее, если вы носите тяжелые ботинки, но гораздо менее очевидно, что жесткая обувь также может отнимать у вас энергию.

Эти соотношения силы и энергии объясняют, почему профессиональные бегуны используют шипованные кроссовки из тканых материалов. Если вам довелось носить их, вы наверняка помните, насколько они легки и непрочны. Однако, завязанные на ноге плотно, они справляются со своей задачей замечательно: благодаря их легкости вы тратите меньше энергии на передвижение, а шипы прекрасно отталкиваются от земли, сводя к минимуму трение и потери энергии и обеспечивая прекрасное ускорение. Обычные кроссовки для бега имеют вместо шипов гораздо более толстый амортизирующий слой, который защищает колени и спину от возможных травм во время бега и прыжков. Но такая массивная подошва прибавляет обуви вес и приводит к дополнительным затратам энергии. По мере того как ваши ноги опускаются на поверхность и поднимаются вновь, подошва кроссовок сжимается и распрямляется, забирая много энергии (как шина горного велосипеда) за счет большего трения качения.

Все предметы обуви рано или поздно изнашиваются – причем в двух основных местах. Иногда подошва протирается до дыр, хотя и не так быстро, как можно ожидать. И это понятно: «километраж» средней пары обуви не так уж и велик. Соответственно, не так уж велика и сила трения подошв вашей обуви о почву, как, например, и автошин. Обычно обувь приходит в негодность в результате либо возникновения трещин в районе носков, либо отслаивания подошвы. И это неудивительно. Это как раз те места, где материал, из которого изготовлена обувь, – кожа, пластик, ткань или резина – испытывает постоянное растяжение. Поэтому обувь «устает», совсем как металлические скрепки для бумаги. Следует отдать должное тому замечательному обстоятельству, что наша обувь может пройти миллионы циклов растяжений и сжатий перед разрушением. Для сравнения: металлическая скрепка для бумаги может выдержать всего несколько десятков таких воздействий.

Что еще почитать

В этом небольшом путешествии в науку в вашем доме я хотел показать, что это не набор затасканных старых фактов и формул (как часто преподают естественную науку в школе), а интереснейшие возможности по-новому взглянуть на окружающий мир. Взглянуть так, что казавшиеся странными вещи приобретают смысл и становятся на места. Мыслить научно – то же самое, что впервые надеть очки и удивиться тому, каким четким становится всё вокруг. Если эта книга вам понравилась, то, возможно вы захотите использовать и другие источники, адресованные не ученым, но способные помочь вам в постижении тех научных истин, которые окружают нас в повседневной жизни.

Сайт

«Объясняем всё» (Explain that Stuff) с Крисом Вудфордом. Мой образовательный сайт (explainthatstuff.com) раскрывает темы, затронутые в этой книге, более подробно. На сайте есть алфавитный указатель, по которому вы легко можете найти тему, которая интересует вас в плане самообразования или школьной программы.

Книги

Мюллер Р. А. Физика для будущих президентов. М.: Neoclassic: АСТ, 2011. Поднимает научные темы, имеющие отношение к выживанию человечества, в том числе вопросы об имеющихся на Земле запасах энергии, изменениях климата и терроризме.

Маккей Д. Как обеспечить нас энергией без горячего воздуха (MacKay D. Sustainable Energy Without the Hot Air. UIT Cambridge, 2009). Как человечество может генерировать столько энергии, сколько требуют наши растущие потребности, и не разрушить планету? Маккей приводит интересные логические рассуждения, понятные расчеты и научные данные, понятные любому окончившему школу человеку, чтобы прийти ко всем понятным заключениям. Полный текст книги есть также на сайте withouthotair.com.

Терри Н. Энергия и выбросы углерода: Как нам сегодня жить (Terry N. Energy and Carbon Emissions: The Way We Live Today. UIT Cambridge, 2011). Что требует больше энергии: принятие душа или ванны? Чем лучше отапливать дом: природным газом или электричеством? Эта полезная книга дает ответы на спорные вопросы о нашей жизни при помощи занимательных фактов и цифр.