Елен Черскі - Буря в склянці води. Захоплива фізика повсякденного життя

Слон не може хоботом пити воду, – якщо, бува, намагається, то одразу закашлюється, як і закашлявся би кожен із нас, якщо б спробував пити воду носом. Тому щойно слониха має близько восьми літрів води всередині хобота, то далі вже не розширює грудної клітки. Зібгавши хобот під себе і вгору, слониха спрямовує його до рота. Відтак використовує грудні м’язи для стискання грудної клітки і зменшує об’єм легень. Коли молекули повітря всередині легень розташовуються щільніше, то значно частіше вдаряються об водну поверхню, що вже на півшляху вгору хоботом. Перебіг боротьби між повітрям усередині та повітрям зовні змінюється на протилежний, тому вода виштовхується з хобота в рот звіра. Слониха контролює об’єм легень і в такий спосіб керує напором повітря зсередини назовні. Якщо вона закриває рот, то єдине місце, де щось може рухатися, – це її хобот, а те, що є в кінці хобота, заштовхнеться всередину або виштовхнеться назовні. Хобот слона та легені – інструмент для керування повітрям, але радше повітря, а не слониха зумовлює таке штовхання.

Те саме відбувається, коли ми смокчемо якийсь напій через соломинку [7] А також коли дихаємо. Повітря при кожному зробленому нами вдиху проникає в легені, тому що туди його штовхає атмосфера. ( Прим. авт. ) . Коли розширяємо легені, повітря всередині розріджується. У соломинці стає менше молекул повітря, які чинять тиск на поверхню води. Тому атмосфера штовхає решту напою вгору соломинкою. Цей процес ми називаємо смоктанням, але ми не втягуємо напою. Атмосфера штовхає його вгору соломинкою і виконує за нас роботу. У такий спосіб можна пересувати щось настільки ж важке, як вода, коли натиск молекул води з одного боку сильніший, ніж з іншого.

Та все ж смоктання повітря хоботом чи соломинкою має межі. Що більша різниця тиску між двома кінцями, то сильніший напір. Але найбільша різниця, яку можна досягнути під час смоктання, – це різниця між тиском атмосфери та нулем. Навіть з ідеальним поршневим насосом замість легень не вдасться напитися через вертикальну соломинку, довшу за 10,2 метра, бо наша атмосфера не може штовхати воду вище цієї позначки. Тому щоб повністю використати здатність молекул газу до штовхання речей, виникає потреба змусити їх виконувати роботу при високих тисках. Атмосфера може чинити досить сильний тиск, але якщо інший газ нагрітий і подати під вищим тиском, то він штовхатиме ще сильніше. Якщо зібрати достатню кількість крихітних молекул газу, які вдаряються об щось достатньо часто й достатньо швидко, можна зрушити з місця навіть цивілізацію.

Паротяг – дракон, зроблений із заліза, шипляча, дихаюча, мускулиста потвора. Менше ніж сторіччя тому такі дракони були геть усюди, перевозили промислові товари та все те, чого потребувало суспільство, ну, звісно, розширювали виднокруги пасажирів. Були паротяги непривабливі, дуже гучні, до того ж сильно забруднювали довкілля, але попри те залишалися дуже гарними творіннями інженерної думки. Коли ті дракони зістарілися, їм не дозволили померти, бо світ просто не міг із ними розлучитися. Паротяги продовжували жити завдяки своїм прихильникам, ентузіастам і великим їхнім шанувальниками. Я виросла на півночі Англії, тому мої дитячі роки були наповнені історією промислової революції: переробними заводами, каналами, фабриками, а найбільше – парою. Тепер я живу в Лондоні, тому потроху все забулося. Але подорож із сестрою паровою залізницею Блюбелл про все те мені вмить нагадала.

Був прохолодний зимовий день – чи не найліпший час для подорожі поїздом із паровою тягою, коли в кінцевому пункті на нас чекав гарячий чай і пшеничні коржики. На станції відправлення ми затрималися ненадовго, а прибувши до Шеффілд-Парку, коли зійшли з потяга, умить опинилися посеред неквапного, але досить настійливого гамору. Біля паровозів безперервно юрмилися люди, одні глядачі змінювали інших. Вони здавалися крихітними створіннями порівняно з величавими залізними звірами. Людей, що мали стосунок до паротягів, легко було впізнати: сині комбінезони, кашкети, усі – в хорошому гуморі, дехто носив бороду, а коли хтось із них мав вільну хвилину і не займався паротягом, то обов’язково стояв на щось спершись. Як зауважила сестра, багато хто з них звався Дейвом. Краса парової машини полягає в тому, що принцип її дії фантастично простий, але вироблену такою машиною нестримну силу потрібно контролювати, спрямовувати й підтримувати. Парова машина та її обслуга – це одна команда.