Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

2. Магма становится заряженной, когда она разбивается на части, либо если в нее попадает вода, либо когда ее частицы ударяются о верхний конец жерла вулкана и выбрасываются вверх.

3. Когда заряженные частицы летят вверх и сталкиваются, заряд может передаваться от одной частицы к другой, при этом они могут даже приобрести дополнительный заряд (как это случается при пыльной буре).

Хирургические бригады, стараясь избежать заражения пациентов бактериями, принимают чрезвычайные меры: надевают маски, тщательно моют руки, потом надевают на них перчатки, дезинфицируют при высоких температурах и промывают в спиртовых ваннах инструменты. Но недавно в операционных был обнаружен трудноуловимый источник бактерий, о котором до тех пор не подозревали. Вот пример эндоскопической операции: хирург вводит в пациента оптоволоконный эндоскоп через разрез, горло или кишку, и тот передает картину внутренностей на монитор. Хирург может продвинуть оптоволоконный эндоскоп дальше или использовать хирургические инструменты, закрепленные на нем, например накинуть петлю на полип и удалить его. Одним из достоинств оптоволоконного эндоскопа является то, что главный хирург может координировать действия остальных членов бригады, показывая им на мониторе, что нужно делать, и вся бригада может следить за ходом операции.

Где-то в этой схеме скрывается источник бактериального заражения. Где именно?

ОТВЕТ •Работающий экран электронно-лучевой трубки монитора накапливает электрический заряд и может притягивать к себе частицы из воздуха, например пух, пыль или чешуйки кожи, плавающие в воздухе операционной. Так, если экран заряжен положительно, а частица в воздухе отрицательно заряжена, она притягивается к внешней поверхности экрана. Если же она электрически нейтральна, часть ее электронов может переместиться на ту сторону частицы, которая ближе к экрану, то есть на ней возникнет индуцированный заряд : одна ее сторона окажется отрицательно заряженной, а другая положительно (рис. 5.5а). Отрицательная сторона притянется к положительно заряженному экрану, а положительно заряженная сторона будет от экрана отталкиваться. Поскольку отрицательная сторона ближе к экрану, ее притяжение к экрану победит в этом «перетягивании каната».

Рис. 5.5 / Задача 5.31.а) Поперечное сечение экрана монитора. Положительно заряженный экран индуцирует заряд на пролетающей рядом нейтральной пылинке. б) Палец в перчатке (изображен не в масштабе) несет на себе индуцированные заряды и может притянуть пылинки из воздуха и с экрана.

Очевидно, многие частицы, собравшиеся на внешней поверхности экрана, несут на себе бактерии, поэтому экран становится зараженным бактериями. Предположим, что пальцы главного хирурга в перчатках приближаются к экрану на расстояние в несколько сантиметров, указывая на то место, к которому он хочет привлечь внимание ассистентов. Положительно заряженный экран вытягивает электроны из основания пальцев к подушечкам (рис. 5.5б). Тогда отрицательно заряженные подушечки собирают частицы (из воздуха или с экрана) на кончиках пальцах в перчатках. Когда хирург в следующий раз прикоснется к пациенту в таких перчатках, бактерии могут попасть на пациента или внутрь его тела. Чтобы избежать риска, хирургам не рекомендуется близко подносить руки к мониторам. Впрочем, современные мониторы на жидких кристаллах электризуются очень слабо.

Пчелы помогают опылять цветы, собирая пыльцу с одного цветка и перенося ее на другой, причем попадание пыльцы на пчелу происходит не случайно. На самом деле крупинки пыльцы прилипают к пчеле на первом цветке и слетают с нее на втором. Что заставляет частички пыльцы перемещаться на пчелу и с пчелы?

ОТВЕТ •При вылете из улья пчела может заряжаться трибоэлектрически, а в полете — от имеющихся в воздухе ионов (есть и другие механизмы). Заряд пчелы может оказаться разного знака. Допустим, что он положителен (при отрицательном заряде механизм тот же). Когда пчела пролетает мимо электрически нейтральной тычинки цветка (рис. 5.6а), электрическое поле пчелы наводит в пыльцевых зернах цветка индуцированный заряд . Эти зерна электрически нейтральны, но электрическое поле пчелы перераспределяет электрические заряды в них: некоторые электроны собираются в той части зерен, которая ближе к положительно заряженной пчеле. А дальняя сторона зерен оказывается положительно заряженной. Зерна остаются в целом нейтральными, но теперь отрицательный заряд находится на одной их стороне, а положительный заряд — на другой.

Рис. 5.6 / Задача 5.32.а) Пролетающая над цветком положительно заряженная пчела разделяет заряды в зернах пыльцы. В результате зерна перелетают на пчелу. б) Пыльцевое зерно перелетает с пчелы на рыльце второго цветка в место скопления электронов.

Отрицательная сторона пыльцевого зерна тянется к пчеле, а положительная отталкивается от нее. Поскольку отрицательная сторона ближе к пчеле, притяжение побеждает и зерно перелетает через воздушный коридор и прилипает к телу пчелы. Точнее, к покрывающим его волоскам. Если бы оно попало на тело пчелы, то потеряло бы электроны. Тогда на зерне остались бы только положительные заряды и оно слетело бы с положительно заряженной пчелы и не попало бы на следующий цветок.

Перенос пыльцы на другой цветок происходит, когда пчела пролетает мимо рыльца пестика этого цветка, электрически замкнутого на землю. Электрическое поле пчелы притягивает электроны рыльца, которые стремятся оказаться как можно ближе к пчеле, поэтому верхняя часть рыльца становится отрицательно заряженной (рис. 5.6б). Пыльцевое зерно все еще испытывает притяжение положительно заряженной пчелы, но заряд на верхней части рыльца больше, поэтому зерно перелетает с пчелы на рыльце, опыляя таким образом второй цветок.

Когда огненные муравьи Solenopsis invicta Buren из Центральной Америки стали стремительно расселяться на север, в США, их полчища облепляли и выводили из строя электрическое оборудование (например, коробки переключателей для светофоров), установленное под открытым небом на столбах и стенах зданий. Вначале это объясняли тем, что огненных муравьев привлекает либо электрическое поле, либо магнитное, возникающие при прохождении тока по электрическим проводам. Но как же в таком случае муравей чувствует присутствие любого из этих полей?