Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

При продолжении процесса жарки энергия передается внутрь ломтиков картофеля, которые теперь готовятся изнутри. Однако поскольку внутри ломтиков остается вода, температура не может существенно превышать температуру кипения воды. Таким образом, внутри ломтика картофель варится без дегидратации или образования структуры, похожей на структуру корочки на поверхности.

Однако вблизи поверхности, с глубины порядка одного или двух миллиметров, жидкость продолжает испаряться из пор. Когда ломтики картофеля вынимают из фритюрницы, они покрыты маслом, удерживающим оставшийся в порах водяной пар. Когда пар остывает, он конденсируется, но объем образовавшейся из него жидкой воды гораздо меньше объема, который занимал пар. Поскольку давление газа внутри пор уменьшается, масло из слоя, покрывающего поверхность, втягивается в поры. Втягивание масла могут усилить силы притяжения между молекулами масла и молекулами стенок поры. Это так называемый капиллярный эффект . Именно этот эффект доминирует, когда готовят чипсы: тоненькие кусочки картофеля жарят в масле до тех пор, пока в них практически не остается воды.

Если хозяйка хочет уменьшить количество масла, оставшегося после жарки, вынув готовую картошку из фритюрницы, ее надо или встряхнуть, или промокнуть масло бумажным полотенцем.

В умеренном климате утки (и другие водоплавающие птицы) должны оставаться сухими: если они намокнут, исчезнет теплоизолирующий слой воздуха между их перьями и кожей. Тогда птицы будут отдавать энергию воде быстрее, чем метаболизм сможет восполнить ее потери. Но оперение явно не является водонепроницаемым, поскольку перья имеют пористую структуру. Как же утки остаются в воде сухими?

ОТВЕТ •Перья — образования из рогового вещества кератина, покрытого смесью воска и сложных эфиров. Этот гидрофобный материал отталкивает воду. Значит, капли воды скорее скатываются с перьев, а не смачивают их. Но не это главная причина того, что утки остаются сухими. Ведь когда они плавают, вода должна была бы втягиваться и внутрь перьев, и в пространство между перьями, выдавливая жизненно важный изолирующий слой воздуха и быстро охлаждая кожу утки.

К счастью для уток, поры (пустоты) между перьями и внутри них слишком малы, чтобы туда проникла вода даже тогда, когда давление воды под уткой пытается «протолкнуть» воду в поры или расширить их. Это связано с тем, что вблизи поры из гидрофобного материала поверхность воды становится выпуклой. Поверхностное натяжение (взаимное притяжение молекул воды) стремится вытолкнуть выпуклую поверхность из поры. Поскольку поры в перьях уток крошечные, поверхность воды искривлена очень сильно и поверхностное натяжение не позволяет воде попасть в поры.

Некоторые корзинки для фруктов состоят из переплетенных пластиковых полосок. Возникает ощущение, что держаться на плаву такие корзинки не могут, ведь из полосок не получается цельный каркас. Однако они прекрасно плавают: вода не может попасть в пространство между полосками.

Если у вашей машины сломались дворники, а дождь не слишком сильный, достаточно протереть ветровое стекло разрезанной картофелиной, чтобы оно стало прозрачным. (Конечно, если у вас в салоне окажется вдруг эта картофелина.) Почему это вам поможет? Если птица «украсила» пометом вашу машину, и машина попала под дождь, когда дождь закончится, место вблизи помета высохнет быстрее, чем остальная машина. С чем это связано?

ОТВЕТ •Видимость через ветровое стекло уменьшается, когда на стекле образуются искажающие изображение капли. Если вы протрете стекло снаружи срезом сырой картофелины, стекло покроется крахмалом, который сильно притягивает молекулы воды. Тогда вода тонким слоем растечется по всей поверхности стекла, и видимость будет вполне сносной.

Птичий помет частично растворяется в воде, и образовавшаяся субстанция слегка растекается вокруг места, куда он попал. На остальных местах дождевая вода образует капли, особенно если поверхность машины отполирована. Когда дождь кончается, тонкий слой, окружающий птичий помет, высыхает быстрее, чем полностью испаряются капли воды.

Разные грибы распространяют свои споры по-разному. Однако самым необычным способом это делают так называемые спороболомицеты. Они с такой силой выстреливают своими спорами (их называют баллистоспорами), что из-за высокой скорости движения глаз человека не может за ними уследить. Каждая такая спора сидит на длинном клеточном выросте, который называют стеригма. Перед «выстрелом» у основания споры, там, где она прикрепляется к стеригме, образуется капелька воды. Примерно за 30 секунд размер капельки вырастает до 10 микронов, а затем неожиданно капелька воды вместе со спорой уносится в воздух. Что приводит капельку в движение?

ОТВЕТ •Когда баллистоспора созрела, из нее на поверхность выделяется некоторое вещество, стимулирующее конденсацию воды из воздуха. Наиболее быстро конденсация происходит в том месте, где зарождается капля. Также где-то на поверхности споры образуется крепко сцепленная с ней пленка воды. Капля растет, ее диаметр увеличивается, а пленка охватывает все большую часть поверхности споры и вскоре соприкасается с каплей. В этот момент благодаря поверхностному натяжению вода из капли толчком перебрасывается в пленку. При этом воде, устремившейся в пленку, передается такой импульс и такая кинетическая энергия, что спора отрывается от стеригмы и устремляется в воздух. Было посчитано, что ускорение споры при взлете равно 25 000 g (то есть в 25 000 раз больше ускорения свободного падения). Однако благодаря сопротивлению воздуха спора быстро замедляется, так что далеко она не улетает. Поскольку импульс и энергию для полета поставляет поверхностное натяжение, можно говорить о катапульте, работающей на поверхностном натяжении .

Подставьте палец под тоненькую (несколько миллиметров в диаметре) струйку воды из крана. Если расстояние от пальца до крана попадает в некоторый интервал значений, на струйке сразу над пальцем появляется рябь (рис. 2.30). С чем связано появление этих небольших волн? Почему, если сначала опустить палец в жидкое моющее средство, волны образуются выше по струе, а не у ее основания?

Рис. 2.30 / Задача 2.100.Стоячие волны на льющейся струйке воды.