Наука Гарри Поттера. Завораживающие знания, лежащие в основе магии, гаджетов, зелий и многого другого

Ударная волна от взрыва ракеты или падения метеорита может разбить окна, хотя бетонные части здания останутся сравнительно невредимыми. Для того чтобы ударная волна разрушила стену или скалу, потребуется огромное количество энергии. Однако существует способ раскрошить скалу, не используя взрывчатые вещества.

Природные объекты подвержены воздействию таких стихий, как ветер, дождь, лучи солнца, и этот комплексный процесс характеризуют термином выветривание. Например, это происходит, когда вода попадает в трещины в скальных породах, а затем неоднократно замерзает и оттаивает. Вода при этом расширяется и сжимается снова и снова, порождая напряжение в структуре камня. В конечном итоге целые блоки отламываются от основной породы, со временем превращаясь в осыпной склон у подножия скал. Выветривание – весьма длительный процесс, который возможен только для определенных типов горных пород. Такое не сработает с деревом или живой изгородью, поскольку они гораздо более гибки и способны выдерживать нагрузки и деформации. А что будет, если охладить ситуацию гораздо серьезнее?

Замороженное твердое тело

Когда определенные объекты, такие как полимерные волокна, цветы или фрукты, замораживаются до экстремально низких температур, их можно просто раздавить или разбить вдребезги незначительным ударом. Это становится возможным, поскольку при понижении температуры материал становится более хрупким. Наиболее распространенным веществом, используемым для охлаждения, является жидкий азот, существующий в таком агрегатном состоянии только между температурой замерзания –210 °C и температурой кипения 196 °C.

При комнатной температуре структура вещества может лучше поглощать удар, рассеивая любое напряжение за счет растяжения и деформации, поскольку молекулы могут свободно проскальзывать друг мимо друга. Однако по мере понижения температуры материал становится все менее эластичным, пока не достигнет замороженного состояния. В этот момент молекулы гораздо менее подвижны, и поэтому энергия удара не рассеивается, а концентрируется в конкретных областях, что приводит к хрупким изломам и потенциальному разрушению.

Хрупкие изломы являются результатом разрыва атомных связей, которые приводят к расщеплению вещества на молекулярном уровне. Энергия, затраченная на создание разрыва, необходима для преодоления сил сцепления между атомами вдоль пути излома. Мы можем наблюдать подобное, когда разрубаемая на куски древесина отбрасывает щепки. Однако это не превращает дерево в пыль – здесь уже потребуются многократные действия пилы или специальный измельчитель. Если дерево или бумагу заморозить, они не становятся хрупкими подобно вышеприведенным примерам, поскольку состоят из волокон, молекулярные связи внутри которых гораздо крепче. Таким образом, Взрывное заклятие нельзя было применить к столу, просто сделав его очень холодным – стол сломался бы, но не разбился и не превратился в пыль. А что насчет использования звука для разрушения твердого объекта?

Звуковой Редукто

Использование звуковых волн для разрушения твердых материалов – хорошо известное явление, о чем, например, свидетельствует способность некоторых певцов разбивать стекло с помощью одного лишь голоса. У маглов есть хитроумное устройство, называемое литотриптером, которое может использовать звук для измельчения твердых масс в теле – конкрементов, но обычно называемых просто камнями. Они возникают в мочевом пузыре, в желчном пузыре и в почках и образуются в результате слипания минералов и солей после того, как те достигают очень высокой концентрации в моче. Как правило, камни довольно мелкие и незаметно выводятся из организма, однако если они становятся достаточно крупными, то для их удаления может потребоваться лечение. Литотриптер позволяет проводить неинвазивное лечение, такое как УВТ, что означает ударно-волновую терапию, литотрипсию.

В УВТ литотриптер используется для фокусирования высокоэнергетических ультразвуковых волн на камне. Ударные волны проходят через тело, попеременно сжимая и растягивая ткани на своем пути. Большая часть тканей тела достаточно устойчива к возникающим в результате деформирующим силам, но твердые материалы, такие как камни, имеют меньшую пластичность и более подвержены разрушению. На протяжении большей части своего пути волны не встречают серьезного сопротивления и поэтому не расходуют много энергии. Однако при достижении фокусной точки энергия ударных волн становится более интенсивной и оказывается достаточной, чтобы камень распался на мелкие кусочки, некоторые из которых не крупнее песчинки. Следует отметить, что для измельчения камней требуется более тысячи ударных волн, а некоторые процедуры длятся до часа. Опять же, скорость, с которой происходит разрушение, все еще слишком мала для непосредственных нужд сражающихся колдуньи или волшебника. Что же мы получаем в итоге?

Редукто!