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

Можно показать, что если сумма моментов, воздействующих на систему внешних сил, равна нулю, то ее момент вращения остается постоянным. В случае вращающегося волчка и в отсутствии трения постоянными остаются две составляющие вектора: вертикальная и направленная вдоль оси его вращения. Если мы запустим волчок таким образом, чтобы его ось вращения совпадала с вертикалью, то и вектор его момента импульса L →также будет направлен по вертикали. Если же ось вращения отклоняется от вертикали, то проекции вектора L →на эти два направления остаются постоянными, что подразумевает увеличение модуля L →, а значит, и увеличение скорости вращения, и как следствие – увеличение кинетической энергии. Если волчок вращается медленно, то это увеличение достаточно мало и может быть скомпенсировано уменьшением потенциальной энергии, возникающим в результате понижения центра тяжести. В этом случае волчок падает. Но если волчок вращается достаточно быстро, то такая компенсация произойти не может, и, поскольку общая энергия увеличиться не может, волчок просто остается в вертикальном положении.

Какова же минимальная скорость вращения, ниже которой вращающийся волчок становится неустойчивым и падает? Оказывается, что она равна где g – ускорение свободного падения и l – расстояние от точки C до центра тяжести волчка. Коэффициент α зависит от его формы: он меньше для сплющенного волчка и больше для удлиненного. Таким образом, вращение сплющенного волчка является более устойчивым.

Пока волчок вращается достаточно быстро, ось его вращения остается вертикальной. Момент импульса волчка относительно точки C отмечен белой стрелкой. В отличие от случая вращения идеального волчка без трения, в рассматриваемом случае он полностью не сохраняется, однако две его проекции все же остаются неизменными (отмечены красным): вертикальная компонента и проекция момента импульса, направленная вдоль оси симметрии волчка. Правый волчок (b), сплющенный, более устойчив, чем левый, вытянутый (a)

Конечно, в первую очередь яйца используются в качестве еды, а не игрушек. Есть множество способов их приготовления: яйцо, сваренное вкрутую, в мешочек, всмятку, яичница-глазунья, яйцо пашот… При этом возникают практические вопросы: сколько минут следует варить яйцо, чтобы оно получилось всмятку, а не вкрутую? Зачем яйца варят в соленой воде? Почему после варки яйца сразу же погружают в холодную воду? Прежде чем ответить на эти вопросы, давайте составим некоторое представление о физико-химических процессах, происходящих в ходе приготовления яйца.

Внутренняя часть яйца состоит в основном из воды и белков (протеинов) (см. главу 17, врезку «Белки, цепочки аминокислот»). В организме эти длинные молекулы обеспечивают многие важные функции, такие как работа мышц, катализ химических реакций или перенос других молекул. Чтобы выполнять эти задачи, они, располагаясь в пространстве надлежащим образом, принимают ту или иную форму. Иногда эта конфигурация меняется в результате повышения температуры или изменения кислотности среды: белки сворачиваются и принимают форму, которая больше не позволяет им выполнять свои биологические функции. Этот процесс называют денатурацией .

С гастрономической точки зрения денатурированные белки часто оказываются более вкусными и более приемлемыми для процесса пищеварения, чем до их приготовления. Благодаря своей способности сцепляться белки могут образовывать сети, что, например, позволяет сделать суп более густым или заварить желе. В вареном яичном белке такая сеть связывает молекулы воды. Именно благодаря этому белок способен затвердевать: ведь почти на 90 % он состоит из воды. Помимо водорода, кислорода и азота, белки часто содержат серу. Таковы белки, содержащиеся в яйце, при разложении которого выделяется известный своим неприятным запахом газ – сероводород (H 2 S). Именно он придает запах тухлых яиц некоторым термальным источникам!

Белки являются результатом соединения большого количества аминокислот, которые образуют длинные цепочки. Все известные в природе белки являются теми или иными комбинациями 22 различных аминокислот. Их молекулы характеризуются наличием группы NH 2 (так называемые амины ) и группой COOH ( карбоксил , с кислотными свойствами), причем обе из них связаны с одним и тем же атомом углерода. Кроме того, последний связан еще и с группой атомов, специфичной для каждой из аминокислот.