Мик О'Хара - Почему у пингвинов не мерзнут лапы? и еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого

М. В. УэрингБрейнтри, Эссекс, Великобритания

У меня зависимость от кофеина, без чая я могу обойтись всего один день, потом начинаются сильные головные боли. Чтобы сберечь топливо в пеших походах, продолжающихся несколько дней, я пытался на несколько часов оставлять чайный пакетик в бутылке с холодной водой. Способ сработал: я не просто получил дозу кофеина — напиток имел вкус чая, хотя и холодного. Правда, я еще не пробовал сделать холодный настой, а затем подогреть его в микроволновке, но, думаю, чай получится приемлемый.

Сид КертисХауторн, Квинсленд, Австралия

На самом деле А. С. Ротни заблуждается.

Мой отец был дегустатором чая, он всегда сразу замечал, если мы кипятили воду для чая слишком долго. Как это ему удавалось?

Жесткая вода — а в большинстве случаев в воде присутствуют соли минералов в растворенном виде, повышающие жесткость, — закипает медленнее, чем мягкая или щелочная вода. Если кипятить жесткую воду значительно дольше стандартных полутора минут, внутри на чайнике осядет больше растворенных солей. В результате вода получится более мягкой, чем ожидалось, и лишенной того баланса свойств, на который рассчитывает дегустатор чая. Такой чай заварится быстрее и будет темнее по цвету, чем обычный.

Производители чая постоянно совершенствуют свою продукцию, делают купажи более гармоничными, подходящими для продажи в районах с разной жесткостью воды, даже если этикетка чая остается прежней. Жесткую воду можно искусственно смягчить с помощью бикарбоната натрия, но резкое изменение цвета и вкуса воды неприемлемо для большинства людей, в том числе дегустаторов чая.

Бернард ХаулеттЛафтон, Эссекс, Великобритания

«Здесь, в Зимбабве, молоко продается в пластиковых пакетах. Большинство покупателей срезает уголок пакета, чтобы вылить молоко. Я заметил, что под давлением молоко вытекает из пакета спиралевидной струйкой. Также ведут себя и другие жидкости. Какая сила заставляет изгибаться спиралью свободно падающую струйку? Я обратил внимание: чем меньше отверстие в пакете, тем больше витков у молочной спирали».

Спиральный эффект, который вы наблюдали, лишь часть водоворота, возникающего в пакете при вытекании молока. Сила, которая заставляет молоко виться спиралью, называется кориолисовой. Она создает все вихревое вращение, какое можно увидеть. Такой же эффект возникает в картонных молочных пакетах и бутылках, но он менее заметен из-за формы поперечного сечения отверстий. Когда молоко под давлением вытекает из пакета, а мы сжимаем пакет, тем самым мы увеличиваем скорость течения жидкости. При этом растет кориолисова сила, которая пропорциональна скорости объекта во вращающейся инерциальной системе координат, а также пропорциональна угловой скорости системы и расстоянию от объекта до оси вращения. Так возникает тугая спираль. По сути дела, молоко завинчивается под давлением.

Джон ЛентонКордоба, Аргентина

Скручивание струйки молока, вытекающего из пакета, зависит в первую очередь от формы отверстия (обычно длинного и узкого), разницы давления на молоко с обеих сторон отверстия, силы поверхностного натяжения между молоком и стенкой пакета. Но кориолисова сила, на которую ссылался автор предыдущего ответа, тут ни при чем.

Кориолисова сила действительно существует. Поскольку Земля вращается, в жидкости, текущей по поверхности Земли, возникает кориолисово ускорение, перпендикулярное направлению скорости. В Северном полушарии кориолисово ускорение заставляет зоны низкого давления, ураганы, вращаться против часовой стрелки. Но в Южном полушарии тайфуны закручены по часовой стрелке из-за смены направления кориолисова ускорения.

Этот масштабный метеорологический эффект позволяет сделать вывод, что крошечный водоворот, возникающий в ванной, из которой выдернули пробку, к северу от экватора вращается в одну сторону, а к югу от экватора — в другую. Но это неверно. Кориолисова сила слишком мала, чтобы определять направление вращения водоворота в ванной и скручивания струйки молока, вытекающей из пакета. Проявления этой силы можно заметить в воде только в условиях регулируемого эксперимента — например, в симметричной емкости с низким трением в случае жесткого контроля термических потоков, после того как вода день или более постояла в емкости и затихли все остаточные колебания, вызванные наполнением.

Реймонд ХоллПо электронной почте, без обратного адреса

Ответ на вопрос не совсем корректен. Действительно, спираль вытекающего молока — частица водоворота, образующегося внутри пакета, но автор ответа ошибся, полагая, что сам водоворот возникает из-за эффекта Кориолиса.

На самом деле причина — «эффект фигуриста». Любое воздействие на пакет с молоком приводит содержащуюся в нем жидкость в движение в том или ином направлении. Когда жидкость вытекает через отверстие, в ней сохраняется угловой момент. Это значит, что струйка небольшого диаметра вращается быстрее — так фигуристы ускоряют вращение, прижимая руки к телу. Вот почему молочная спираль, вытекающая из маленьких отверстий, скручена сильнее.

Соня ЛеггКалифорния, США

«Когда я открываю картонный пакет молока, мне приходится быстро наклонять его, чтобы наполнить стакан. Если наклонять пакет слишком медленно, молоко вытечет из пакета, получится лужа. Так же обстоит дело с апельсиновым соком и другими жидкостями. Почему при медленном наливании струйка течет по пакету?»

Когда мы наклоняем пакет с жидкостью, чтобы налить ее в стакан, свободная поверхность жидкости в пакете поднимается в сторону отверстия. При этом возникает перепад давлений между свободной поверхностью и отверстием, благодаря чему жидкость вытекает из пакета. Вдобавок к давлению есть также силы поверхностного натяжения, действующие на жидкость и подтягивающие ее к поверхности пакета. При высокой скорости вытекания давление гораздо больше силы поверхностного натяжения, и жидкость вытекает из пакета, как положено, образуя предсказуемую изогнутую (параболическую) струю, падающую в подставленный стакан.

Но при низкой скорости истечения наступает момент, когда сил поверхностного натяжения оказывается достаточно, чтобы изменить траекторию движения жидкости: она уже не падает из отверстия, а «прилипает» к поверхности пакета снаружи (при условии, что это картонная коробка с плоским верхом). Притянутая к поверхности струя жидкости останется таковой из-за сил поверхностного натяжения и явления, которое называется эффектом Коандэ. Он наблюдается, когда жидкость течет по выпуклой поверхности (например, вода из-под крана огибает поверхность ложки) и создает внутреннее давление, вызывающее «прилипание» струи к поверхности.