Элен Черски - Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса

Если нагреть кусочек сыра, его молекулы активизируются, начнут энергичнее двигаться, в системе появится дополнительная энергия, которая может, помимо прочего, расходоваться на поддержание химических реакций. В случае с сыром это означает, что любые микробы, находящиеся на его поверхности, способны привести в действие свои внутренние «фабрики» и инициировать процесс гниения. Для предотвращения этих процессов нужен холод. При охлаждении пищи движение молекул замедляется и энергия, необходимая для активизации микробов, отсутствует. Таким образом, в холодильнике сыр не будет портиться гораздо дольше, чем при комнатной температуре. С помощью хитроумного механизма, положенного в основу работы холодильника, воздух, заключенный внутри устройства, охлаждается за счет нагрева наружного воздуха [59]. Ограничивая степень изменчивости молекул, холод позволяет нам долгое время хранить пищевые продукты в пригодном к употреблению виде.

Только представьте, на что была бы похожа наша жизнь без холодильника. Разумеется, нам пришлось бы забыть о том, что такое мороженое и холодное пиво. Нам пришлось бы гораздо чаще покупать продукты питания, поскольку при комнатной температуре они не могут храниться долго. Нам пришлось бы жить как можно ближе к ферме, если мы употребляем молочные продукты, сыры или мясо, или как можно ближе к морю или реке, если предпочитаем рыбу. Свежие листья салата мы бы ели только в сезон. Конечно, кое-какие продукты можно было бы квасить, сушить, засаливать или консервировать, но свежий помидор в декабре был бы для нас недостижимой мечтой.

Помимо супермаркетов существует обширная сеть складов-холодильников, судов-, поездов- и даже самолетов-рефрижераторов. Голубика, выращенная в Род-Айленде, может поступить в продажу в Калифорнии через неделю после сбора, потому что с того момента, когда она была собрана, и до момента, когда попала на полки супермаркета, она все время хранилась и транспортировалась в охлажденном состоянии. Мы можем не сомневаться в безопасности пищевых продуктов, поскольку на всем их пути до магазина к ним не было доступа тепловой энергии. Это касается не только продуктов питания. Многие лекарственные препараты также следует хранить при определенной температуре. Особенно нуждаются в охлаждении вакцины – подвергать их воздействию тепла совершенно недопустимо. Это становится серьезной проблемой при их доставке в развивающиеся страны. На протяжении всего пути для вакцин приходится поддерживать низкую температуру как в транспортных средствах, так и в местах промежуточного хранения. Холодильники и морозильные камеры у нас на кухнях и в медицинских учреждениях являются последним звеном в неразрывной цепи холода, которая тянется через всю нашу планету, соединяя фермы и города, заводы и потребителей. Когда мы подогреваем молоко, чтобы приготовить горячий шоколад, – это первый случай его нагрева с тех пор, как оно было получено от коровы и пастеризовано. Когда мы его пьем, не опасаясь за свое здоровье, это означает, что мы доверяем всей цепи холода, по которой его доставили к нам. Атомы молока были ограждены от доступа тепловой энергии на всем протяжении этой цепи, что позволило практически полностью исключить вероятность химических реакций, из-за которых оно бы испортилось. Иными словами, чтобы обеспечить пригодность пищевых продуктов к употреблению, нужно максимально оградить их атомы от доступа тепловой энергии.

В следующий раз, бросив кубик льда в какой-либо напиток, понаблюдайте за тем, как он тает, и вообразите микроскопические атомные колебания, отдающие энергию по мере передачи тепла от воды к кубику льда. Хотя вы не можете видеть сами атомы, вы по крайней мере можете наблюдать последствия передачи тепловой энергии от одних объектов к другим.

Пузырьки замечательны тем, что вы всегда знаете, где их искать: наверху. Они либо поднимаются туда, как в аквариуме или плавательном бассейне, либо толпятся наверху, как в бокале с шампанским или кружке с пивом. Пузырьки неизменно прокладывают себе путь на самый верх жидкости, в которой возникают. Но когда в следующий раз будете помешивать ложечкой чай или кофе в чашке, обратите внимание, что при этом происходит на поверхности жидкости. Прежде всего вы заметите воронку, по краям которой жидкость слегка приподнимается, а в центре образуется «отверстие». Что примечательно, пузырьки вращаются вместе с жидкостью у его нижнего края. Наверху жидкости и по краям воронки пузырьков нет. Они скрываются в нижней точке на поверхности и остаются там. Если вы попытаетесь растолкать их в стороны, они все равно вернутся на прежнее место. Если вы создадите новые пузырьки по краям, они по спирали вернутся к центру. Странно.

При помешивании чая ложечкой я оказываю давление на жидкость. Я толкаю ее вперед, но до внутренней стенки чашки жидкости нужно преодолеть очень небольшое расстояние. Если бы я помешивала ложечкой воду в плавательном бассейне, то вода, находящаяся перед ложечкой, двигалась бы вперед и продолжала бы движение до тех пор, пока не смешалась бы с остальной водой в бассейне. Но при помешивании чая этого произойти не может из-за очень ограниченного пространства. Так как боковая поверхность чашки не может никуда сместиться, она отталкивает в обратную сторону жидкость, которая на нее наталкивается, ведь чай не может пройти сквозь чашку и не может двигаться по прямой линии, поэтому начинает движение по кругу вдоль боковой стенки чашки. Но по мере развития процесса жидкость будет собираться у боковой поверхности чашки, поскольку лишь она способна оказывать противодействие жидкости, движущейся в ее сторону. Чай по-прежнему будет стремиться к движению по прямой, но ему придется двигаться по кругу ввиду кривизны боковой стенки чашки.

Это первый урок, касающийся вращения тех или иных объектов. Если бы вы внезапно убрали препятствие, мешающее первоначальному направлению их движения, они продолжили бы его в том направлении, в котором двигались в момент освобождения. Представьте дискобола, вращающегося вокруг собственной оси с диском в руке. После нескольких стремительных оборотов диск движется очень быстро, но по кругу, потому что дискобол надежно сжимает его в руке. В процессе вращения дискоболу приходится тянуть диск к центру вращения. Сила, с которой он тянет диск, направлена к центру вращения и совпадает с линией вытянутой руки дискобола. В момент, когда дискобол выпустит диск, диск начнет двигаться вперед по прямой линии, сохраняя направление и скорость, которые он имел в момент, непосредственно предшествующий раскрытию руки дискобола.