Андрей Варламов - Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Вероятно, первым, кто освоил огонь для приготовления пищи, стал Homo erectus , появившийся около миллиона лет назад. Его «меню» составляло лишь жареное слоновье или бизонье мясо, разделанное с помощью отполированных каменных орудий или костяных инструментов. За следующие 10 000 веков в образе жизни вида Homo произошли глубокие изменения, и по мере того как развивались его знания и умения, менялось и питание. Современный человек в том, что касается пищи, весьма изощрен. Приготовление еды стало искусством, а приемы пищи – ценными моментами общения с близкими.

В этой части книги мы обсудим различные темы, связанные с кулинарией, – от использования микроволновой печи до приготовления спагетти, чая и кофе. Мы увидим, что кухня – это место, где происходит множество интересных физических и химических явлений. Мы узнаем, как выбор соответствующего температурного режима позволяет сварить согласно японской традиции яйцо с твердым желтком и жидким белком или поджарить особо нежный бифштекс. Мы поговорим также и о «молекулярной кухне», дисциплине, цель которой – разработка нетрадиционных методов приготовления блюд с оригинальными свойствами.

В знаменитом комиксе «Астерикс в Британии» авторы намекают, что чай на вкус очень напоминает обычную горячую воду… Не намереваясь продолжать шутку, в этой посвященной чаю главе мы будем говорить в основном о… кипящей воде: где в чайнике образуются пузырьки? Почему они шумят? С какой скоростью они поднимаются?

Тому, как заваривать и подавать чай, посвящены объемные восточные рукописи и целые главы специализированных книг. Мы же здесь ограничимся рассмотрением процесса его приготовления, который в основном сводится к кипячению воды перед тем, как залить ею чайные листья.

Начнем с простого эксперимента: возьмем два одинаковых чайника (илл. 1), наполненных одним и тем же количеством воды комнатной температуры, и поставим их на две горелки равной мощности. Но закроем крышкой лишь один из чайников. В каком вода закипит раньше? Не нужно быть маститым поваром, чтобы дать верный ответ: в закрытом чайнике. Но знаете ли вы почему?

1. Традиционные чайники ставят на плиту. Некоторые из них имеют клапан со свистком, который, когда вода закипает, издает пронзительный звук. Есть и электрические чайники, которые имеют собственную систему нагрева

Ожидая ответа, пока наши два чайника нагреваются, поставим на третью горелку еще один чайник. То же количество воды, та же мощность, та же температура. Нам бы хотелось, чтобы вода в этом чайнике закипела немного быстрее, чем в двух других. Как этого добиться?

Кто-то, возможно, предложит налить немного уже разогретой воды в чайник, чтобы повысить температуру. На самом деле это плохая идея. Закипание замедлится! Действительно, потребуется энергия, необходимая не только для кипячения исходного количества жидкости (см. главу 18, «Сколько энергии требуется для приготовления пиццы?»), но и для закипания добавленной воды. Конечно, если заменить в третьем чайнике определенное количество холодной воды на такое же количество горячей, то закипание произойдет раньше.

Оставим третий чайник в покое и обратим внимание на первый, закрытый крышкой. Он издает неясный шум… Подняв крышку, мы увидим несколько пузырьков, которые зарождаются на дне, а затем отрываются и поднимаются к поверхности.

Что заставляет их подниматься? Конечно же, сила Архимеда, которая действует на любое погруженное в жидкость тело; она равна весу перемещенного объема воды. Из этой силы, направленной вверх, следует вычесть противоположную силу сопротивления воды, значение которой тем выше, что больше скорость пузырька. В начале восхождения скорость пузырька небольшая, и сопротивление воды незначительно: пузырек все быстрее и быстрее поднимается к поверхности. За несколько сантиметров его скорость становится достаточно большой, чтобы сила сопротивления скомпенсировала силу Архимеда; установившаяся скорость пузырька при этом зависит только от его радиуса (см. главу 15, врезку «Движение пузырьков и турбулентность»).