Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Когда я погружаю мокрые пальцы в расплавленный металл, часть или даже вся жидкость сразу превращается в пар, и мгновенно мои пальцы оказываются защищенными перчаткой из пара. И опять же, пар замедляет передачу тепла от жидкости. Если бы моей кожи касался свинец, передача тепла происходила бы так быстро, что даже легчайшее касание привело бы к ожогу. Если мокрым пальцем коснуться твердой поверхности раскаленного металла, тоже образуется слой пара и касание происходит без трения. Один кузнец мне рассказывал, что благодаря отсутствию трения он успевает сбросить кусочки горячего металла, случайно попадающие на его голую потную руку. Если реагировать только на болевые ощущения, сигнал поступает слишком поздно и сильный ожог неизбежен.

Когда жидкий азот выливают на поверхность, скажем, в рот, часть жидкости снизу мгновенно превращается в пар, который поддерживает слой оставшейся жидкости и обычно не допускает прямого контакта с поверхностью. В результате конвекции и излучения тепло медленно, не так быстро, как при прямом контакте, отводится от поверхности.

Когда горячий кусочек металла падает в воду, имеет место обратный эффект Лейденфроста . Как только металл касается воды, он превращает ближайший слой воды в пар, окутывающий металл и замедляющий охлаждение. Когда температура металлической поверхности опускается ниже 200°C, вода впервые непосредственно соприкасается с поверхностью металла и начинает выкипать.

Летом 1755 года сильный шторм разыгрался у маяка Эдистон, что стоит на Эдистонских скалах вблизи английского города Плимут. Генри Холл нес ночную вахту. Он должен был следить за свечами фонаря, освещавшего путь кораблям. В два часа ночи, поднявшись по узкой лестнице, чтобы проверить свечи, он обнаружил, что от искры загорелись сажа и свечное сало, скопившиеся на крыше фонаря. Крыша была сделана из листов свинца, лежавших на деревянных балках.

Хотя Холл лихорадочно пытался залить огонь водой, начался большой пожар. Огонь разгорался, пожирая балки и плавя свинец. Когда Холл в очередной раз направил вверх струю воды, балки не выдержали и на него обрушился поток расплавленного свинца. Кроме того, что ему обожгло лицо и руки, он почувствовал резкую боль сначала в горле, а потом в желудке. Очевидно, в тот раз, направляя воду вверх на огонь, он открыл рот.

Огонь охватил весь маяк. Холл и еще двое рабочих оказались в бушующем море. Когда их наконец спасли и доставили на берег, Холл умудрился объяснить, что проглотил расплавленный свинец. Но поскольку Холлу было 94 года, все решили, что от выпавших на его долю испытаний разум смотрителя маяка помутился. Местный доктор успокоил Холла, но к его рассказу отнесся скептически. Разве можно выжить, проглотив расплавленный свинец?

После этого происшествия Холл прожил недолго. Через 12 дней у него начались конвульсии, и через несколько часов он скончался. Врач, делавший вскрытие, обнаружил в желудке Холла овальный кусок свинца весом около 200 г.

Впервые на лекции по физике я продемонстрировал «огнехождение» — хождение по горячим углям — задолго до того, как мода на этот цирковой трюк распространилась по всей Америке. Я разложил костер из обычных дров для камина, дал им прогореть, так что остались только ярко-красные головешки, сгреб угли в деревянный желоб, облицованный листом металла, и присыпал песком. Мы с ассистентом внесли желоб в аудиторию. В тот раз я рассказывал об эффекте Лейденфроста (см. задачу 4.6). Сняв туфли и носки, я кратко объяснил, почему этот эффект поможет мне предохранить ноги во время хождения по углям. После трех шагов я хоть и почувствовал тепло, но не обжегся, а только испачкал ноги.

Все смелее и смелее я повторял этот трюк в течение двух лет. Но оказалось, что был слишком самоуверен: во время одной из таких «прогулок» по углям я здорово обжегся. Боль была настолько сильной, что мозг отказался воспринимать информацию о ней, и мне удалось закончить пятидесятиминутную лекцию. Когда же я, хромая, добрался до врача, боль нахлынула с новой силой.

На некоторых популярных тренингах, где обучают огнехождению (часто за большие деньги), упор делают на учение Будды, согласно которому сознание надо заполнить «правильными мыслями». Могут ли мысли уменьшить передачу тепла ногам? Если нет, что позволяет без вреда ходить по горячим углям? Почему иногда техника безопасности подводит и жертва страдает не только от сильных ожогов, но и от страха возможных осложнений, например заражения крови?

ОТВЕТ •Итак, я утверждал, что эффект Лейденфроста — основа безопасного огнехождения, пока мой коллега, физик Берни Лейкинд, не убедил меня, что это не так. Когда я ставлю ногу на угли, их поверхность горяча, но теплопроводность мелких угольков низка. Поэтому, если идти быстро, только небольшое количество тепла передается коже и ноги не страдают. Конечно, если вы идете медленно, поступление тепла за счет теплопроводности может привести к сильному ожогу.

Бегать по углям неразумно: можно случайно забросить уголек поверх стопы. В этом случае он будет достаточно долго контактировать с кожей, что приведет к ожогу. Поэтому я иду не слишком быстро.

Эффект Лейденфроста тоже обеспечивает защиту. По горячим углям я хожу потными ногами. Пот помогает по трем причинам. Во-первых, он в какой-то мере охлаждает поверхность углей. Во-вторых, отбирает на себя часть предназначавшегося мне тепла, и в-третьих, кое-где пот, испаряясь, на короткое время образует лейденфростовский слой. Все эти факторы помогают предохранить ноги, если мой шаг слишком широк или угли особенно горячи. Обычно я так сильно нервничаю, выполняя этот трюк, что ноги у меня потеют. Но однажды я самоуверенно решил, что успех мне гарантирован. В тот раз мне явно нужна была дополнительная защита: сухие ноги не уберегли меня. На некоторых тренингах, где учат огнехождению, у участников провоцируют сильные эмоциональные переживания, отчего у них могут вспотеть ноги. Часто до того, как подвести к углям, людей водят по влажной траве — от росы или после полива.

Уже давно я пришел к мысли, что диплом физика надо вручать не после сдачи письменного экзамена. Лучше предложить выпускнику, например, пройтись по раскаленным углям. Если в голове у человека, вознамерившегося стать физиком, «правильные мысли», иначе говоря, если он по-настоящему верит в физику, с ним все будет в порядке и ему можно давать диплом. Чтобы облегчить студентам жизнь, стоит разрешить им пользоваться на экзамене справочным материалом, например они могут принести свой учебник физики. Я сам обычно беру с собой на лекции мои любимые «Основы физики» Дэвида Холидея и Роберта Резника. Однажды, и это был ужасный день, я забыл книгу, обжег ноги и в течение двух недель беспокоился, как бы дело не закончилось заражением крови.