Наталья Сердцева - 99 секретов науки

Звуковая волна – это чередование двух видов давления, высокого и низкого. Когда давление максимально понижается, оно может стать отрицательным, «разорвать» воду и создать пузырек газа. При повышении давления этот пузырек мгновенно схлопывается, из-за этого происходит резкое нагревание до очень высоких температур, что вызывает короткую вспышку света. В определенных условиях пузырек воздуха остается на месте, сжимается-расширяется, и свечение кажется стабильным.

Вы когда-нибудь катались в лодке по озеру? Если катались, то, возможно, заметили, что грести веслами труднее, если делать это быстро. Заметил это и Исаак Ньютон еще в конце XVII века. Дотошный ученый не мог пройти мимо данного примечательного факта, он занялся исследованием свойств воды и других жидких субстанций и вывел закон: вязкость жидкости возрастает пропорционально силе воздействия на нее. Этот закон относится к обычным жидкостям, с которыми мы постоянно сталкиваемся в быту. Такие жидкости назвали ньютоновскими.

Но в природе существуют и неньютоновские жидкости, обладающие совершенно поразительными свойствами: их вязкость и плотность становятся больше, если воздействовать на них быстро и с определенной силой. Такая жидкость при достаточно сильном воздействии может даже затвердеть!

Самый простой пример неньютоновской жидкости – вода с крахмалом. Если смешать две эти субстанции, получится нечто похожее на сметану. Мы можем налить эту «сметану» в миску и медленно перелить ее в другой сосуд. Она оправдает наши ожидания и спокойно перельется. Но если мы начнем с силой сжимать ее в руке, то в нашей ладони окажется твердый комок. Как только мы прекратим сжатие, он медленно растает. Если наполнить крахмальной «сметаной» бассейн, то по ней можно даже бегать – но только быстро, при медленном перемещении она будет вести себя как жидкость.

Загадка нетипичного поведения неньютоновских жидкостей кроется в их структуре – она неоднородна и состоит из крупных молекул, соединенных хаотичными связями, которые можно представить в виде пружинок. Если воздействовать на субстанцию быстро, пружины сжимаются, вещество становится твердым. При медленном плавном воздействии пружинки растягиваются, ослабевают, вещество реагирует как жидкость.

Некоторые вещества могут быть то твердыми, то жидкими, в зависимости от обстоятельств, в первую очередь от температуры. Прежде всего, на ум приходит вода – в мороз она превращается в лед. Парафин или воск плавятся, если становится достаточно жарко. Для того чтобы расплавились свинец или олово, понадобится довольно высокая температура, но это вполне возможно.

Вода отличается от других подобных веществ. Если в чашку с расплавленным парафином бросить кусочек твердого парафина, он утонет. То же самое произойдет с воском, свинцом и другими веществами. Но только не с водой. Все мы видели, как льдинки плавают по поверхности лужи, а огромные глыбы льда перемещаются по северным морям.

В чем же секрет самой распространенной на планете жидкости? Почему твердая вода не тонет в жидкой, как это происходит в других случаях? Все дело в том, что при замерзании объем воды увеличивается и, соответственно, уменьшается плотность. Менее плотные субстанции не тонут в более плотных. Например, пенопласт не тонет в воде, пробка – в масле, а железная гайка – в ртути.

То, что объем воды увеличивается, когда она становится льдом, легко заметить. Если заморозить воду в бутылке, бутылка лопнет. Это свойство воды нужно учитывать в бытовых ситуациях: нельзя зимой оставлять воду в радиаторе автомобиля и прекращать подачу теплой воды в трубах отопления. Если вода замерзнет, их просто разорвет.

Есть у воды еще одно интересное свойство: при увеличении давления температура замерзания понижается. Вода на дне океанов может быть ниже нуля градусов, но она не замерзает, потому что на нее давят миллионы тонн жидкости. Это же свойство воды мы используем во время катания на коньках: лезвия давят на лед, он подтаивает, получается плавное скольжение, которого очень трудно достичь на гладких искусственных покрытиях.