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

Властивості газів описують так звані «закони ідеального газу», а ідеалізм виправдовується фактом, що ті закони дійсно діють. І навіть дуже добре. Закони проголошують: якщо маса газу стала, то його тиск пропорційно обернений до його об’єму (якщо тиск подвоюється, то об’єм зменшується вдвоє), температура прямо пропорційна тиску (підвищення температури вдвічі збільшує вдвічі і об’єм); а також: об’єм при сталому тиску прямо пропорційний температурі. І немає значення, яким є газ, – важливо, яка кількість молекул його складає. Саме закони ідеального газу працюють в двигунах внутрішнього згоряння, повітряних кулях, а також… в кукурудзяних баранцях. І їх можна застосовувати не лише коли щось нагрівається, а й коли щось охолоджується.

Підкорення Південного полюса людиною було важливою віхою в історії людства. Великі полярні дослідники – Амудсен, Скотт, Шеклтон та інші – справжні легенди, а книжки про їхні досягнення стали найвідомішими пригодницькими історіями усіх часів і народів. Так, ніби їм не вистачало злигоднів, пов’язаних із холодом, нестачею продовольства, бурхливими океанами та невідповідним для таких умов одягом – аж тут супроти них у буквальному значенні цього слова почав діяти, ополчився потужний закон ідеального газу.

Центральна частина Антарктики – високе, сухе плоскогір’я. Воно вкрите товстим шаром криги, але рідко коли там падає сніг. Яскрава біла поверхня відбиває майже все слабке сонячне проміння в космос, а температура може падати до –80 °C. Там тихо. На атомарному рівні атмосфера на тій ділянці інертна, оскільки молекули повітря мають мало енергії (через холод) і рухаються досить повільно. Холодне повітря опускається на плоскогір’я і крига відбирає рештки тепла. Тиск – сталий, тому повітря втрачає в об’ємі і стає щільнішим. Молекули розташовуються ближче одна до одної, рухаються повільніше, неспроможні з достатньою силою тиснути назовні і протистояти довколишньому повітрю, що тисне всередину. Позаяк суходіл знижується із центральної частини континенту до океану, то й холод, неначе повільний повітряний водоспад, невпинно скачується із центру разом зі щільним повітрям. Сповзає лійками розлогих долин, набираючи швидкості, коли ці улоговини спускаються вже назовні, завжди в бік океану. Це – стоковий вітер Антарктиди, і якщо ви хочете дістатись Південного полюсу, то він безперервно дутиме вам в обличчя. Важко уявити щось гірше, що природа припасла для полярників.

«Стоковий» – це тільки означення того виду вітру, і він характерний для багатьох місць і не завжди холодних. Коли він скочується донизу, інертні молекули нагріваються, але тільки злегка. Проте наслідки такого нагрівання часом вражають.

У 2007 році я жила в Сан-Дієґо і працювала в Інституті океанографії імені Скріппса. Оскільки я походжу з півночі, то досить підозріло ставлюся до безперервно сонячної погоди. Проте я щодня плавала в 50-метровому відкритому басейні, тож не дуже на щось нарікала. Та й заходи сонця були просто дивовижні. Сан-Дієґо розкинувся на узбережжі з прегарним видом на захід, тобто на Тихий океан, і вечоровий небокрай там просто приголомшливий.

Мені дуже бракувало змін пір року. Здавалося, я застигла в часі на одному місці, немов уві сні. Але потім прийшов вітер Санта-Анна, спочатку сонячний, теплий і бадьорий, а тоді спекотний і сухий. Санта-Анна з’являється щоосені, коли з високо розташованих пустель спадає повітря і пливе над узбережжям Каліфорнії в напрямку до океану. Це також стоковий вітер, як і в Антарктиді. Але поки він дістається океану, то повітря нагрівається і стає на узбережжі значно теплішим, ніж на високому плоскогір’ї. Пам’ятаю день, коли їхала на північ автострадою I-5, у бік однієї з великих долин, звідки гаряче повітря через вузький прохід перетікало до океану. На дні посеред долини простягнулася ріка низьких хмар. За кермом був мій хлопець. «Ти відчуваєш дим?» – запитала я. «Не вигадуй», – сказав він. Але наступного ранку я прокинулася в химерному світі. На північ від Сан-Дієґо шаленіли лісові пожежі, які уперто просувалися долинами, а в повітрі відчутно пахло згарищем. За сухих погодних умов від якогось табірного багаття зайнявся ліс, і тепер вітер гнав вогонь у напрямку океану. Ота ріка хмар була димом. Люди поспішали на роботу, декому запропонували залишатися вдома, дехто сидів біля радіоприймача, подумки себе запитуючи, а чи, бува, пожежа не дістанеться і його будинку. Ми чекали. Обрій узявся імлою попільних хмар, видимих навіть з космосу, а захід сонця видався просто феєричним. Три дні потому дим почав підніматися. Дехто з моїх знайомих втратив у вогні будинки. Усе вкрилося шаром попелу, а влада застерігала від фізичної активності протягом тижня на відкритому повітрі.