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

Ключевая мысль, которую мне хотелось бы донести до читателей, заключается в том, что, рассматривая какую-либо проблему, мы можем выбрать на шкале размеров такой вариант ее решения, который окажется максимально эффективным и удобным с точки зрения реализации. Это как если бы вы могли выбирать именно те законы физики, с которыми вам удобнее всего работать. Поистине, маленький – значит замечательный.

В воскресенье, в обеденное время, когда так хочется предаться лени, лучше всего отправиться в какой-нибудь английский паб. Интерьер этих заведений зачастую создает впечатление, будто он сформировался сам по себе, а не стал результатом воплощения некой дизайнерской идеи. Типичный английский паб – это нагромождение пространств самой причудливой формы, непременный атрибут которых – дубовая мебель и массивные дубовые балки под потолком. Все это исполнено в старинном стиле, характерном для английских построек прошлых веков. Вы усаживаетесь за столик и заказываете меню, типичное для большинства пабов. Вам приносят тарелку чипсов и стеклянную бутылочку кетчупа. Но если человеку, впервые посетившему английский паб, кажется, что после этого он может расслабиться и приняться за поглощение чипсов, обильно сдабриваемых кетчупом, то его ожидает разочарование. Кетчуп нужно каким-то образом извлечь из бутылочки, а это значит, что вам предстоит нелегкая борьба.

Все начинается с того, что неопытный посетитель паба переворачивает бутылочку кетчупа вверх дном в надежде, что ее содержимое станет понемногу выливаться в тарелку. Не тут-то было! Тем не менее даже опытные посетители паба совершают это бессмысленное действие. Кетчуп – очень густая и вязкая жидкость, и ее собственной силы тяжести явно недостаточно для того, чтобы выливаться в тарелку. То, что происходит с кетчупом в стеклянной бутылочке, объясняется двумя причинами. Во-первых, вязкость препятствует опусканию приправ, содержащихся в кетчупе, на дно бутылочки, если вы не пользовались ею какое-то время, поэтому, чтобы удостовериться в том, что ингредиенты кетчупа хорошо перемешаны между собой, вам нет необходимости встряхивать ее содержимое. Но что более важно, люди предпочитают, чтобы каждый ломтик жареной картошки был покрыт толстой «шапкой» кетчупа, а этого практически невозможно добиться, если кетчуп жидкий. Однако кетчуп пока еще не покрывает чипсы. Он все еще находится в бутылочке.

Через несколько секунд, окончательно убедившись, что гравитация не властна над кетчупом, незадачливый посетитель паба начинает трясти бутылочку. Он трясет ее все ожесточеннее и под конец ударяет ладонью свободной руки по ее дну. Соседи по столику на всякий случай отшатываются назад, опасаясь, что брызги от вывалившейся из бутылочки порции кетчупа окажутся у них на лице, рубашке или брюках. Их опасения не так уж беспочвенны: добрая четверть содержимого бутылочки одним махом вываливается в тарелку с чипсами. Вот ведь странно: оказывается, кетчуп довольно легко извлечь! О чем наглядно свидетельствует его толстый слой, покрывший всю тарелку с чипсами (и, возможно, полстола). Еще несколько секунд назад он упорно не желал покидать бутылочку, а теперь выливается оттуда как ни в чем не бывало. Почему?

Дело в том, что, когда вы пытаетесь подталкивать его очень медленно, он ведет себя почти как твердое тело. Но как только вы заставляете его двигаться быстро, он начинает вести себя подобно жидкости, свободно вытекая из бутылочки. Когда он находится внутри бутылочки или на ломтике жареной картошки, на него действует лишь гравитация (и притом очень слабо), поэтому он ведет себя как твердое тело и не проявляет никакого желания куда-либо двигаться. Но достаточно энергично встряхнуть бутылочку и привести кетчуп в движение, как он начинает вести себя как жидкость и свободно вытекает из бутылочки. Тут все дело во времени. Совершая одно и то же действие быстро или медленно, вы получаете абсолютно разные результаты.

Кетчуп – не что иное, как протертые помидоры, сдобренные уксусом и специями. Предоставленный самому себе, он кажется жидким и даже водянистым; ничего интересного с ним не происходит. Но в бутылочке с кетчупом есть полпроцента кое-чего еще, представляющего собой длинные молекулы, составленные из цепочки связанных сахар о в. Это ксантановая камедь (загуститель) – вещество, получаемое путем бактериальной ферментации или синтетическим способом и в настоящее время широко используемое в качестве пищевой добавки. Когда бутылочка с кетчупом стоит на столе, эти длинные молекулы окружены со всех сторон водой и слегка спутаны с другими такими же цепочками. Они удерживают кетчуп в виде плотной и вязкой массы. Но если бутылочку энергично потрясти, эти длинные молекулы немного распутываются (впрочем, они довольно быстро перепутываются снова). Когда в результате нескольких ударов по дну бутылочки кетчуп приходит в более быстрое движение, сцепления между длинными молекулами продолжают рваться и в какой-то момент распутывание длинных молекул становится быстрее, чем их повторное перепутывание. По достижении этой критической точки кетчуп перестает себя вести как твердое тело и подобно обычной жидкости свободно выливается из бутылочки [40].