Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами [заметки]

Шрифт

Интервал

Флэш Гордон – вымышленный персонаж одноименного научно-фантастического комикса, впервые появившийся в «Стрипе» 7 января 1934 года. Создан художником Алексом Рэймондом. Позже о данном персонаже на основе комиксовых историй был создан ряд теле– и мультсериалов, полнометражных фильмов и мультфильмов, романов, радиоспектаклей и компьютерных игр. Прим. перев.

Детали биографии Эйнштейна я позаимствовал из широко известной и популярной биографии ученого: Айзексон У. Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная. М.: АСТ, Corpus, 2015. В ней описаны и уход Эйнштейна из старшей средней школы, и провал на экзаменах в политехнический колледж, и попытки трудоустройства.

Статистика приведена здесь по результатам опросов, проведенных и в США, и в Великобритании. Источники – на моем сайте.

Данные по поводу высотного здания взяты с официального сайта Эмпайр-стейт-билдинг 29 октября 2013 года. 340 000 т – это 340 млн кг, что равно общей массе 4,5 млн людей со средней массой 7 кг. Это всё население Калькутты (по данным Википедии) на 2011 год.

Более точно – 412 500 паскалей (Па).

Это примерно 4 млн Па.

Hayes L. et al. The Latest from Paris: An All-Plastic House // Popular Mechanics. 1956. August. Р. 89.

Hay D. What Does a House Weigh? Some Mental Heavy Lifting // Seattle Times. 2004. December 19. Ссылка – на моем сайте.

Если вам интересно, почему вообще происходит движение, стоит вспомнить о действии и противодействии. Если вы стреляете из ружья, то действие – сила, толкающая пулю вперед. Противодействие – отдача, толкающая ружье в противоположном направлении. Действие двигает пулю, противодействие – само ружье.

Для каждого строительного материала существует показатель, называемый модулем Юнга (Е), который показывает, насколько материал прочен или упруг. Он рассчитывается путем деления давления на поверхность материала (силы, которую вы прикладываете к единице площади) на удлинение материала (насколько длиннее он становится по сравнению с первоначальным состоянием). В качестве примера я взял прочный строительный бетон, из которого состоит примерно десятая часть офисного здания, где я работаю. Я также сделал допущение, что все люди, находящиеся в нем, стоят на крыше здания, оказывая равномерное давление на него по всей его высоте. На самом деле сила сжатия внизу здания всегда больше, чем наверху.

В разговорном русском языке принято говорить, например, «Вася весит 75 кг», «лишний вес» и т. п., и в этой книге для простоты изложения часто используются те же конструкции. Хотя, если придерживаться строгой научной терминологии, речь все же идет о массе (то есть Васина масса составляет 75 кг). Вес же (если речь о теле, находящемся в состоянии покоя) – произведение массы на ускорение свободного падения (g), на Земле равное 9,81 м/с². Для простоты расчетов в этой книге значение g округлено до 10. Иными словами, вес Васи, масса которого составляет 75 кг, будет равен 750 кг × м/с², или 750 ньютонов (Н). Прим. ред.

Инфракрасное излучение имеет длину волны больше 740 нм (граница видимого красного цвета). Прим. науч. ред.

Гидроксильный радикал – высокореакционный и короткоживущий радикал ОН^>−, образованный атомами кислорода и водорода. Обычно возникает при распаде гидропероксидов, в атмосферной химии, взаимодействии возбужденных молекул кислорода с водой или при действии ионизирующего излучения. Прим. перев.

Поляризованный свет – это свет, имеющий определенное направление колебания электромагнитного поля световой волны. Прим. науч. ред.

Обычный атом электрически нейтрален, и число протонов и электронов в нем совпадает. Когда оно разное, это уже ион. Прим. науч. ред.

Легирование – добавление специальных материалов для изменения электрических свойств полупроводника. Прим. науч. ред.

Корма – блюдо индийской кухни, распространенное также в Центральной и Западной Азии. Для ее приготовления необходимы йогурт или другой молочный крем, ореховая или семечковая паста, а также кокосовое молоко. Прим. перев.

Также одним из «отцов» радио считается русский ученый-физик Александр Попов (1859–1906). Прим. ред.

Джон Бэрд (1888–1946) – шотландский инженер, получивший известность за создание первой механической телевизионной системы. Прим. перев.

Изобретателем цветного телевидения считается русский ученый Владимир Зворыкин (1888–1982). Прим. науч. ред.

Так описан закон Фарадея: переменное магнитное поле порождает электрическое поле. Прим. науч. ред.

Размер антенны должен быть кратен четверти длины волны. Прим. науч. ред.

Длина такой волны может достигать от нескольких метров до километра. Прим. науч. ред.

Именно он изобрел коаксиальный кабель и записал уравнения Максвелла в том виде, в котором мы знаем их сейчас. Прим. науч. ред.

Геостационарные спутники вращаются вокруг Земли с той же угловой скоростью, что и Земля вокруг своей оси, и относительно Земли они неподвижны. Один такой спутник может охватить треть поверхность планеты. Прим. науч. ред.

Майлар (англ. Mylar; также BoPET, Melinex, Hostaphan) – торговая марка компании DuPont для пленки на основе синтетического полиэфирного волокна (полиэтилентерефталата, в СССР называвшегося лавсаном). Прим. перев.

Е = ћf, где ћ – постоянная Планка (6,626 × 10^>–34 Дж × с), а f – частота (Гц). Прим. науч. ред.

Именно свинец используют в защитных экранах в медицинских рентгенкабинетах и атомных электростанциях. Прим. науч. ред.

Говард Хьюз (1905–1976) – американский предприниматель, инженер, режиссер и продюсер, пионер в области авиации. Знаменит своим эксцентричным характером и романами со звездами шоу-бизнеса, в конце жизни стал затворником; прототип для множества героев и герой ряда фильмов («Мелвин и Говард», 1980; «Авиатор», 2004, и др.). Прим. ред.

«К северу через северо-запад» (North by Northwest) – приключенческо-шпионский триллер 1959 года режиссера Альфреда Хичкока, по стилистике предвосхищающий фильмы бондианы. Прим. перев.

Astral Weeks – альбом англо-ирландского певца Вана Моррисона (1968); Tubular Bells – дебютный сольный альбом англичанина Майка Олдфилда (1973); Trout Mask Replica – третий студийный альбом певца-авангардиста Дона ван Влиета, выступавшего под псевдонимом Капитан Бифхарт (1969). «Жестяной барабан» – дебютный (и самый известный) роман немецкого писателя Гюнтера Грасса. Опубликован в 1959 году и стал ядром «данцигской» трилогии Грасса. «Уловка-22» – роман американского писателя Джозефа Хеллера; неоднократно переведен на русский язык. Прим. ред.

Аналоговый компьютер, или аналоговая вычислительная машина (АВМ) – вычислительная машина, которая представляет числовые данные при помощи аналоговых физических параметров (скорость, длина, напряжение, сила тока, давление). В этом и состоит его главное отличие от цифровой ЭВМ. Другое принципиальное отличие – отсутствие у АВМ хранимой программы, под управлением которой с помощью одной машины можно решать разнообразные задачи. Прим. перев.

Почему выбрана именно такая частота дискретизации? Верхняя частота звуковых колебаний, улавливаемых человеческим ухом, составляет примерно 20 000 Гц. Согласно теореме Котельникова (широко используемой в телекоммуникациях), частота дискретизации должна быть минимум вдвое больше верхней частоты, то есть не меньше 40 000 Гц. Прим. науч. ред.

При передаче цифрового сигнала нужно только суметь отличить 0 от 1, а при передаче аналогового сигнала необходимо еще сохранить и его форму. Прим. науч. ред.

Здесь автор не совсем прав. Он говорит о формате mp3, а не о цифровом сигнале в целом. Существуют кодеки, например FLAC, позволяющие кодировать цифровое аудио без потерь. А аудиофайл на компакт-диске тоже цифровой (CD-DA – Digital Audio). Наконец, если будут соблюдаться условия теоремы Котельникова, то цифровой сигнал будет полностью соответствовать аналоговому оригиналу. Прим. науч. ред.

Импульс – произведение массы тела на скорость. Прим. науч. ред.

Момент инерции – произведение массы тела на квадрат расстояния до оси вращения. Прим. науч. ред.

Используемая вами энергия может быть рассчитана по формуле: потенциальная энергия = mgh = 200 кг × 10 м/с² × 1 м = 2000 Дж.

Конкретная температура горения дерева определяется разными факторами. Мягкие породы загораются быстрее, чем твердые. Самый низкий уровень температуры 200 °C приводится в книге: Cote A., Bugbee P. Principles of Fire Protection. New York: National Fire Protection Association, 1988.

В большинстве случаев этого не происходит. Все спортсмены понимают важность «сопровождения движения»: использования ног, рук и других частей тела для передачи снаряду дополнительной энергии, снижения нагрузки на конечности и избежания травм.

В школе действие гидравлических механизмов объясняется законом Паскаля, открытым в 1651 году и гласящим, что в трубе давление воды во все стороны одинаково. Если вы разделите силу, с которой вода действует на стенки трубы, на площадь последних (чтобы вычислить давление), то получится одна и та же величина независимо от того, сужается труба или расширяется. Небольшая сила в узкой трубке может превращаться в большую силу в широкой. Так работает гидравлический подъемник. Думаю, работу гидравлических машин лучше представлять в категориях энергии. Энергия воды, выстреливаемой из ствола водяного пистолета, не может быть больше энергии давления на его курок. Поскольку выходящая из пистолета вода движется быстрее, чем курок, она проходит большее расстояние за секунду. Энергия объекта – произведение силы, которая на него действует, на расстояние, которое он проходит (так рассчитывается работа сил). Если энергия постоянна (как и должно быть), то сила должна уменьшаться, а скорость движения объекта увеличиваться.

Cross R. Physics of Baseball and Softball. New York: Springer, 2011.

Armstrong L., Winfrey O. Cyclist Sorry for Doping // BBC News. 2013. January 18. Ссылка – на моем сайте.

Чтобы увидеть, на что способны профессиональные велогонщики, см. Padilla S. et al. Scientific Approach to the 1-h Cycling World Record // Journal of Applied Physiology. 2000. Vol. 89. Pp. 1522–1527.

Масса типовой легковой машины составляет около 1500 кг, а велосипеды имеют массу в среднем 15–20 кг.

Alam F. et al. Aerodynamics of Bicycle Helmets // Estivalet M., Brisson P. The Engineering of Sport. Paris: Springer, 2009.

Mack J. Don’t be a drag // Bicycling. 2007. August. P. 46.

Другие приемы снижения сопротивления воздуха для велосипедистов вы можете найти в статье: Sumner J. Why Do Cyclists Shave Their Legs? // Bicycling. 2014. October 9 // bicycling.com/. Ссылка на моем сайте.

См. Wilson D. Bicycling Science. Cambridge, MA: MIT Press, 2004. Р. 188.

Ward’s Auto, аналитический центр мировой автопромышленности, сообщил, что численность автомашин в мире составляет в настоящее время около 1 млрд. штук. Ward’s Auto, 2011. 15 August // wardsauto.com/. Ссылка на моем сайте.

Количество 6 млрд берется по числу SIM-карт, а не пользователей или устройств. UN: Six Billion Mobile Phone Subscriptions in the World // BBC News. 2012. October 12. Ссылка на моем сайте.

Количество овец по данным: Compassion in World Farming, Factsheet: Sheep, 7 декабря 2013 года // ciwf.org.uk. Ссылка на моем сайте.

При 3000 об/мин 3,8-л Porsche Turbo потребляет (3000 × 3,8) / 2 = 5700 л воздуха в минуту. Если велосипедист делает 10 дыхательных движений в минуту с использованием 50 % объема легких (0,5 × 5 л), то он использует только 25 л воздуха в минуту. Такие же цифры приводятся в книге Ричарда Хаммонда: Hammond R. Car Science. London: Dorling Kindersley, 2008. P. 22.

Автомобильная корпорация American Motors оснащала свои автомобили «высокогорным пакетом». В нем устанавливались особые соотношения между оборотами двигателя и трансмиссии, подгонялись карбюратор, холостой ход и зажигание, вносились изменения в систему впрыска. Cranswick M. The сars of American Motors. Jefferson, NC: McFarland Publishers, 2011. P. 187.

Denny M. Gliding for Gold: The Physics of Winter Sports. Baltimore, MD: Johns Hopkins University Press, 2011.

Масса автомобиля Ford Focus – 1800–1900 кг. См. Ford Focus: Features and Specifications // ford.co.uk/Cars/Focus.

United States Office of Technology Assessment, Congress. Advanced Automotive Technology: Visions of a Superefficient Family Car. Darby, PA: Diane Publishing, 1995. Р. 203.

Fuel Economy: Where the Energy Goes. US Department of Energy Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. См. fueleconomy.gov/feg/atv.shtml.

Профессор Фердинанд Порше создал первую функциональную модель гибридного автомобиля. См. Porsche, April 20 2011 // press.porsche.com; ссылка на моем сайте.

Производитель электромобилей Tesla сообщает о пробеге 40 км на 1 час обыкновенной зарядки, хотя при сверхскоростной зарядке может быть обеспечено 275 км на 30 минут подзарядки. См. Tesla Charging // teslamotors.com/charging.

Таблица была составлена по данным из трех источников: плотность энергии – Wikipedia (подробная ссылка на моем сайте); Hammond R. Car Science. London: Dorling Kindersley, 2008. P. 83; MacKay D. Sustainable Energy Without the Hot Air. Cambridge: UIT Cambridge, 2008. Р. 199. В работе показатели приводятся в кВт. ч, а я перевел их в мДж.

Точных данных о том, насколько разогреваются тормозные диски автомобиля, нет. Всё зависит от того, из какого материала они изготовлены, какова их масса, какова скорость автомобиля, как охлаждаются тормоза, какова температура воздуха, идет ли дождь и т. п. Ориентировочные данные я взял из книги: Burt W. Stock Car Race Shop. Osceola, WI: Motorbooks International, 2001. Р. 199. В ней сказано, что тормоза «начинают светиться» при температуре 650 °C. В книге Дэниела Стейплтона (Stapleton D. The MG Midget and Austin Healey Sprite High Performance Manual. Dorchester: Veloce Publishing, 2008. Р. 124) сообщается, что верхний температурный предел для тормозов может составлять около 700 °C. Для исключительно высоких скоростей он может равняться 750 °C (официальный сайт Formula 1). См. Brakes на formula1.com. Подробная ссылка на моем сайте.

Комиссия по технике США в своем исследовании Assessment’s Advanced Automotive Technology: Visions of a Super-efficient Family Car (Darby, PA: Diane Publishing. Р. 165) дает среднюю оценку в 8–10 %, максимальную – в 17–18 %. Также см.: Drivers on Track for Greener Trains (BBC News, October 10 2009 – ссылка на моем сайте), где утверждается, что железнодорожные компании могут экономить до 15 % энергии с помощью «рекуперативного торможения».

Мотоциклы тоже впечатляют: контакт между шиной и дорогой происходит на участке размером с почтовую марку и на материале, который начал жизнь на каучуковом дереве. См. Dunlop. Sportmax Range. 2012 // dunlop.eu. Подробная ссылка на моем сайте.

Vollmer M., Müllmann, K. Is There a Maximum Size of Water Drops in Nature? // Physics Teacher. 2013. Vol. 51. P. 400. Ссылка на моем сайте.

Небольшие, малые по длительности воздействия электростатические силы между молекулами называются силами Ван дер Ваальса по имени голландского физика Йоханнеса Ван дер Ваальса (1837–1923). См. van der Waals J. D. Biographical: The Nobel Prize in Physics 1910 // nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1910. Ссылка на моем сайте.

В 18 г воды содержится 6 × 10²³ молекул, а в 0,1 г – 3 × 10²¹. Это достаточно большая капля воды. Молекулы клея значительно больше и тяжелее молекул воды. При этом мы можем обоснованно считать, что капля клея содержит много триллионов молекул.

Одна капля может выдержать силу около 23 Н (2,3 кг), как утверждается в статье Nature’s Strongest Glue Could be Used as a Medical Adhesive // Science X Network. 2013. December 12 // phys.org – полная ссылка на моем сайте. Клеящая сила Caulobacter crescentus описана в этой же статье.

Вернон Крибль – известный американский химик немецкого происхождения. Занимался исследовательской деятельностью в колледже Тринити в Коннектикуте. В 1950–1960-х создал компанию American Sealants, разработавшую клеи бренда Loctite. В 1960-х компания выпустила известный на весь мир клей Superglue. Прим. перев.

Sticky Moments in 21 Years of Superglue // BBC News. 1998. October 21. Полная ссылка на моем сайте.

Silver S. et al. 1975. US Patent 3,922,464: Removable Pressure-Sensitive Adhesive Sheet Material. 1975. November 25. Ссылка на моем сайте.

Размер этих частиц составляет 25–45 микрон, а в обычном клеящем материале – 0,1–2 микрон, согласно работе: Karukstis K., Van Hecke G. Chemistry Connections: The Chemical Basis of Everyday Phenomena. New York: Academic Press, 2003. Р. 214.

Как утверждает Юджин Хект (Hecht E. Physics Algebra/Trig. Pacific Grove, CA: Brooks/Cole, 1998, Р. 114), «такие силы становятся практически не обнаруживаемыми на расстоянии 4–5 диаметров атома».

«Миллиард волосков» упоминается в статье: Ruibal R., Ernst V. The Structure of the Digital Setae of Lizards // Journal of Morphology. 1965. Vol. 117. Pp. 271–294). Больше о действии «гекконового клея» можно найти в статье Huber G. et al. Evidence For Capillarity Contributions to Gecko Adhesion from Single Spatula Nanomechanical Measurements // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2005. Vol. 102. Pp. 16293–16296. Подробная ссылка на моем сайте.

Геккон, имеющий массу 150 г, может держать вес до 400 Н, как указано на Physics.org (physics.org/facts/gecko-really.asp). Этот вес в 267 раз превышает его собственный. Так что человек массой 75 кг, устроенный по типу геккона, мог бы держать массу до 20 т. Для более точных вычислений нам бы пришлось определить соотношение размеров лап геккона и человеческих ладоней и стоп и учесть, что в соприкосновение с потолком вступала бы меньшая поверхность человеческого тела.

Скимбординг – вид спорта, вроде серфинга, представляющий собой катание на доске по мелкой воде и мокрому песку. Прим. перев.

Slippery Slope: Researchers Take Advice from Carnivorous Plant / Harvard School of Engineering and Applied Sciences news. 2011. September 21 // seas.harvard.edu/news. Ссылка на моем сайте.

Интересные факты о ледовых видах спорта, в том числе кёрлинге, см.: sportsnscience.utah.edu/curling-frictiontechnical/.

Вы можете посмотреть на Ричарда Фейнмана, объясняющего скользкость льда, в отрывке из замечательного сериала ВВС Fun to Imagine: bit.ly/1wLEk9j. Обратите внимание, как он тщательно обходит ответственность за чужие идеи, постоянно используя слово «говорят».

См.: Somorjai G., van Hove M. Getting a Grip on Ice // Science. 1996. December 9 // news.sciencemag.org. Подробная ссылка на моем сайте.

Мерет Оппенгейм (1913–1985) – художница-сюрреалистка немецко-швейцарского происхождения, получившая известность в Париже и Нью-Йорке. Прим. перев.

Согласно двум ответам на сайте «Спросите ученого» Argonne National Laboratory, обычное облако имеет объем в несколько миллиардов кубических метров. Если принять, что среднее содержание воды в нем составляет 0,3 г/м³, воды в обычном облаке может содержаться от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов литров. Эти цифры приводятся в работе: Linacre E., Geerts B. Cloud Liquid Water Content, Drop Sizes, and Number of Droplets // www.das.uwyo.edu/~geerts/cwx/notes/chap08/moist_cloud.html.

В лаборатории Кэвендиш Кембриджского университета есть четкое и простое описание опыта Томсона 1897 года. См. Cambridge Physics: Discovery of the Electron // www.outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/electron/electron_index.htm.

Эта история рассказана правнуком Томсона Дэвидом в книге: Davis E., Falconer I. J. J. Thomson and the Discovery of the Electron. London: Taylor & Francis, 1997.

Эта благородная жертва была отмечена Нобелевской премией. Мари и ее муж Пьер получили премию в 1903 году вместе с Генри Беккерелем. См.: The Nobel Prize in Physics 1903 // nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1903/.

Фильм недели: Мадам Кюри // Life. 1943 13 December. Pp. 118–122.

Профессор из Калифорнийского университета в Беркли Ричард Мюллер полагает, что за следующие в 50 лет повышенная радиоактивность в Денвере приведет дополнительно к 4800 смертям от рака. Это больше, чем ожидаемая смертность от Чернобыльской аварии. См. Мюллер Р. А. Физика для будущих президентов. М.: Neoclassic: АСТ, 2011.

Gleason S. Finding Uranium in the Dark // Popular Science. 1955. July. P. 71.

Schoolboy, 13, Creates Nuclear Fusion in Penwortham. BBC News, 5 March 2014. Подробная ссылка на моем сайте.

ЦЕРН – Европейская организация по ядерным исследованиям, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. Также иногда переводится как Европейский центр ядерных исследований. Прим. перев.

Фото столкновения протонов с энергией 7 тераэлектронвольт (ТэВ), в результате которого рождается около 100 новых заряженных частиц, опубликовано ЦЕРН: cds.cern.ch/record/1293117. Фото является собственностью ЦЕРН и воспроизводится с разрешения ЦЕРН в «образовательных и информационных целях». Подробная ссылка на моем сайте.

Отличный сайт, созданный Particle Data Group в лаборатории Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), – отличный источник для новичков, желающих разобраться в атомной физике. См. particleadventure.org/.

В 235 г, или 1 моле урана-235, содержится 6 × 10²³ атомов, и каждый делящийся атом выделит примерно 3,2 × 10^>−¹¹ Дж энергии, как указано в справочнике Sowerby M. G., Kaye G. W. C., Laby T. H. Tables of Physical and Chemical Constants (полная ссылка на моем сайте). Так что 235 г урана-235 выделят примерно 20 трлн Дж энергии, а 1 г – около 100 гДж (или создаст мощность 100 гВт, если энергия выделится в 1 секунду).

Такая атомарная структура называется «плотно упакованной», или «структурой с плотной упаковкой». Железо (типичный металл) имеет кристаллическую решетку, которую определяют как «объемно-центрированную кубическую», или ОЦК-структуру. Атомы в ней расположены в структуре в форме куба. Их восемь по углам куба, а один находится в его центре. Такая базовая «ячейка» воспроизводится снова и снова, наподобие трехмерные обоев.

Железнодорожный мост через Ферт-оф-Форт, или просто мост через Форт – мост через залив Ферт-оф-Форт у восточного берега Шотландии. Длина 2529 м, высота 110 м, просвет 46 м. Прим. перев.

Бактерии перерабатывают мусор на суше, и есть данные, говорящие о том, что они могут перерабатывать мусор и в аквакультуре. См.: Zaikab G. Marine Microbes Digest Plastic // nature.com, 2011. March 28. Ссылка – на моем сайте.

Нейлон, первая в истории синтетическая ткань, был запущен в производство 27 октября 1938 года. До этого предпринимались и другие попытки производства ткани из пластмасс, но первым на рынок вышел именно нейлон.

Цифры в этой таблице приблизительные, взяты из разных источников: Household Waste – That’s Garbage! Michigan Waste Stewardship Program // miwaterstewardship.org (подробная ссылка на моем сайте); Save Our Beach // saveourbeach.org; Surfers Against Sewage // Motivocean: Marine Litter: Your Guide // Surfers Against Sewage. Cornwall: St Agnes, 2010.

Кевлар. См. explainthatstuff.com/kevlar.html.

100

Профессор Эрик Ле Бурхис считает, что первое стекло появилось в 3500–5000 годах до н. э. См.: Le Bourhis E. Glass. Weinheim: Wiley-VCH, 2008. P. 29.

101

См.: Fosbroke T. Encyclopaedia of Antiquities and Elements of Archaeology, Classical and Mediaeval. Vol. 1. London: M. A. Nattali, 1843. «Бекман замечает, что прозрачные окна были в диковинку еще во времена Сенеки. Стаббс утверждает, что окна из камня и песка создал Уилфрид, епископ Уорчестерский, примерно в 736 году».

102

См. раздел «Окраска стекла» в книге Langhamer A. The Legend of Bohemian Glass: A Thousand Years of Glassmaking in the Heart of Europe. Czech Republic: Tigris, 2003.

103

Szasz F. J. Robert Oppenheimer and the State of New Mexico // C. Kelly, ed. Oppenheimer and the Manhattan Project. Singapore: World Scientific, 2006.

104

Подробнее см.: Zallen R. The Physics of Amorphous Solids. Weinheim: John Wiley & Sons, 2008: «В твердых телах с аморфной структурой не существует упорядоченного состояния атомов, их местоположение случайно».

105

Debennetti P., Stanley H. Supercooled and Glassy Water // Physics Today. 2003. June. Р. 40: «Стеклообразная вода, или аморфный лед, может являть собой самое распространенное состояние воды во Вселенной. Его наблюдают в виде изморози на галактической пыли, он составляет большую часть вещества комет. Считается, что аморфный лед играет важную роль в явлениях, связанных с планетарной активностью».

106

Szczepanowska H. Conservation of Cultural Heritage: Key Principles and Approaches. London: Routledge, 2013. В разделе «Мифы о стекле» приводятся высказывания доктора Роберта Брилла, который указывал, что вязкость стекла, возможно, в миллиард раз выше, чем у металлического свинца, и мы никогда не видели, чтобы свинец «тек» по стеклянным витражам.

107

На языке материаловедения стекло имеет низкую ударную вязкость (вязкость разрушения) и характеризуется низкой работой разрушения. Это два связанных (но разных) измерения, показывающих, сколько энергии необходимо, чтобы вызвать в материале трещину (деформацию). Направленная энергия должна куда-то тратиться, и если она не может деформировать материал, то он разрушается. Например, у воздушных шаров вязкость разрушения настолько мала, что ничтожного прокола достаточно, чтобы они лопнули.

108

См.: Coefficients of Cubical Expansion of Solids // Lange’s Handbook of Chemistry. New York: McGraw-Hill, 1979.

109

Плотность стекла составляет 2500 кг/м³. Так что кубический метр стекла должен иметь массу около 2,5 т.

110

Тезисы обобщены в книге Smallman R., Bishop R. Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering: Science, Process, Applications. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1999. Р. 195.

111

Инфракрасное излучение имеет длину волны больше 740 нм (граница видимого красного цвета). Прим. науч. ред.

112

113

McCollough F. Complete Guide to High Dynamic Range Digital Photography. New York: Lark Books, 2008. Р. 13. В книге утверждается, что средняя яркость открытого пространства в солнечный день составляет 100 000 кандел (единица силы света) на квадратный метр, а в закрытом помещении – 50.

114

См.: Boyd R. Design of glass for daylighting // Windows and Glass in the Exterior of Buildings: A Research Correlation Conference Conducted by the Building Research Institute. Washington: National Academies Press, 1957. Р. 8.

115

Феррел Маккаллоу оценивает яркость в помещении в светлый день в 50 кандел на квадратный метр.

116

Подробное описание электрохромных окон можно найти в патенте Arntz F. et al. US Patent 5,171,413: Methods for Manufacturing Solid State Ionic Devices, December 15 1992 (подробная ссылка на моем сайте). Сходство технологий заметно с первого же предложения: «устройство, используемое в качестве электрохромного окна и/или заряжаемой батарейки».

117

Armistead W., Stookey S. US Patent 3,208,860: Phototropic Material and Article Made Therefrom, September 28 1965. Подробная ссылка на моем сайте.

118

«В 1928 году Уолтер Димер изобрел жевательную резинку. Он использовал латекс, получаемый от каучукового дерева». См.: Mathews J. Chicle: The Chewing Gum of the Americas, From the Ancient Maya to William Wrigley. Tuczon, AZ: University of Arizona Press, 2009.

119

«Жевательная резинка производится на основе естественного каучука, стирол-бутадиена или поливинилацетата». Askeland D. et al. Essentials of Materials Science and Engineering. Stamford, CT: Cengage Learning, 2010. Р. 527.

120

121

Если у вас есть поляризационные очки (другие не годятся) и ноутбук или планшет, вы можете поэкспериментировать с фотоупругостью. Откройте программу Word с новым документом и увеличивайте его, пока белая поверхность не займет весь экран. Наденьте поляризационные очки и подержите прозрачные пластмассовые предметы между собой и экраном. Вы увидите удивительно яркую игру цвета. Что происходит, когда вы изгибаете предметы или меняете угол наклона головы?

122

Профессор Джеймс Гордон утверждал, что изобретение надувной авторезины было столь же важно для прогресса, как и изобретение двигателя внутреннего сгорания. Если бы автошины были бы изобретены где-то в районе 1830-х, мы вообще могли бы перескочить этап создания сети железных дорог. Гордон Дж. Конструкции, или Почему не ломаются вещи. М.: Книга по требованию, 2012.

123

Модуль продольной упругости стали (модуль Юнга) составляет около 200 000 МПа, а модуль продольной упругости резины – 1 МПа. Glaser R. Biophysics. Berlin: Springer, 2001. Р. 213.

124

Sun J. et al. Highly stretchable and tough hydrogels // Nature. 2012. Vol. 489. P. 133–136.

125

Джеймс Гордон в книге «Конструкции» приводит показатель 0,2 МПа как модуль упругости беременной саранчи, а 7 МПа – для резины.

126

См. раздел 5.5, The Reversibility: Chandrasekaran V. Rubber as a Construction Material for Corrosion Protection. Hoboken: John Wiley & Sons, 2010.

127

Подробнее о механических качествах кожи лица человека см.: Piérard G. et al. Facial Skin Rheology // M. Farage et al., eds. Textbook of Aging Skin. Heidelberg: Springer, 2010.

128

Модуль упругости стекла равен примерно 70 000 МПа, то есть стекло вдвое эластичнее стали.

129

Этот рисунок навеян более абстрактным рисунком, изображающим, как трещины возникают под давлением, из книги Джеймса Гордона.

130

Кратко см.: When Metals Tire // Levy M., Salvadori M. Why Buildings Fall Down. New York: W. W. Norton, 1992. Более подробно см. статью: Withey P. Fatigue Failure of the De Havilland Comet I., in Jones, D. (ed). (2001), Failure Analysis CaseStudies II. Oxford: Elsevier Science, 1966.

131

Goldsmith-Carter G. Sailing Ships and Sailing Craft. London: Hamlyn, 1969.

132

Описание того, как сделанный из природного материала эластичный корпус корабля «Святой Рох» помог ему освободиться из арктического плена, см. в книге: Delgado J. Across the Top of the World: The Quest for the Northwest Passage. Vancouver: Douglas & McIntyre, 1985. Р. 185.

133

Полярный корабль «Фрам» // frammuseum.no. Подробная ссылка на моем сайте.

134

См. главу 4, Leather Preservation // Smith C. Archaeological Conservation Using Polymers: Practical Applications for Organic Artifact Stabilization. College Station: Texas A&M University Press, 2003.

135

Более подробное объяснение можно найти в моей статье о термохромных материалах, меняющих цвет под действием температуры: explainthatstuff.com/thermochromic-materials.html.

136

Clout L. Splendour of new Wembley fading already // The Telegraph. 2007. May 10.

137

Pohanish R. Sittig’s Handbook of Toxic and Hazardous Substances. Oxford: Elsevier, 2011. Р. 736.

138

Johnson J. Old-Time Country Wisdom and Lore: 1000s of Traditional Skills for Simple Living. Minneapolis: Voyageur Press, 2011. Р. 51.

139

Скорость 5 км/с взята из образовательного видеофильма НАСА, созданному Миа Сиочи: Real World: Self Healing Materials. Ссылка на моем сайте.

140

Разные источники указывают 1703 и 1704 годы, но самые ранние обнаруженные мной факсимильные варианты помечены датой MDCCIV (1704). Ньютон опубликовал свои первые размышления о природе света 30 годами ранее (по случайному совпадению, в возрасте 30 лет), в своем труде «Размышления о философии» (1672).

141

Благодаря Кембриджскому университету вы можете изучить записные книжки Ньютона, не отходя от компьютера. См.: Isaac Newton: Laboratory Notebook // Cambridge University Digital Library, cudl.lib.cam.ac.uk. Подробная ссылка на моем сайте.

142

Корпускулярно-волновой дуализм (представление о том, что свет ведет себя и как волны, и как поток частиц) – идея не новая. Хорошее описание того, как первые исследователи оптики видели свет, можно найти в книге: Shamos M. Great Experiments in Physics. New York: Dover, 1959. Р. 93.

143

В 1900 году лорд Кельвин (Уильям Томпсон) самоуверенно заявил в своем обращении к Британской ассоциации продвижения науки: «Ничего нового в физике открыть уже невозможно». Многие высказывали противоположное мнение, но лорд Кельвин искренне верил в свои слова. В статье, опубликованной годом позже, он заявлял, что «красота» и «ясность» физики затеняются только двумя «облаками»: областями, в которых скоро появятся теория относительности и квантовая теория. Lord Kelvin. Nineteenth Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light // Philosophical Magazine and Journal of Science. 1901. Vol. 6. № 2. Р. 1.

144

Hecht E. Physics: Algebra / Trig. Pacific Grove: Brooks Cole, 1998. P. 806.

145

Здесь никто не может предоставить точных данных, но во многих книгах и в интернете приводятся оценки от 25 до 60 %. Для выбора подходящих данных зайдите на мой сайт.

146

Интересно, что Ньютон якобы имел «предчувствие» по поводу уравнений Эйнштейна за 300 лет до их появления. В «Оптике», в вопросе 30 он писал: «Превращение тел в свет и света в тела соответствует ходу природы». Это очень напоминает уравнение E = mc².

147

Если говорить о размерах, то разница между масштабами Вселенной и субатомного мира огромна. Если мы разделим диаметр наблюдаемой Вселенной (100 млрд световых лет) на диаметр атома (0,25 нм), то получим число 4 × 10^>36, или 4 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

148

Полезные сведения об электромагнитном спектре можно найти в статье What Wavelength Goes With a Color? NASA // science-edu.larc.nasa.gov. Полная ссылка – на моем сайте.

149

Это средняя скорость серферов, как указывает классическая книга об океане: Bascom W. Waves and Beaches. New York: Anchor Press, 1980. Волны в открытом океане передвигаются гораздо быстрее, особенно при цунами.

150

Поскольку частицы-волны света значительно больше атомов, мы не можем увидеть атомы или молекулы в обычный оптический микроскоп. Поэтому были изобретены электронные микроскопы. Поскольку (упрощенно) электроны значительно меньше фотонов, они могут давать изображение гораздо более мелких объектов. Хотя слово «меньше» звучит, возможно, не совсем уместно, когда мы говорим о вероятностях в субатомном мире.

151

Красный фотон гелий-неонового лазера имеет энергию порядка одной трехмиллиардной части джоуля (3 × 10^>–19 Дж). См.: Hecht E. Physics: Algebra/Trig. Pacific Grove: Brooks Cole, 1998. Р. 807.

152

Обычная лампа накаливания фонарика находится под напряжением 2,2 вольт и током 0,25 ампер, то есть потребляет мощность 0,55 Вт. Если разделить 0,55 Вт на указанную выше энергию фотона (3 × 10^>–19 Дж), то получится, что поток фотонов должен составлять около 2 × 10^>18 штук в секунду.

153

154

Cathcart B. The Fly in the Cathedral. New York: Farrar, Straus and Giroux, 2005.

155

Хотя свет Солнца достигает Земли за несколько минут (вернее, около 8), необходимы тысячи лет, чтобы он достиг поверхности светила из его ядерной сердцевины, чтобы устремиться в пространство. См.: Plait P. The Long Climb from the Sun’s Core. 1997 // badastronomy.com/bitesize/solar_system.

156

Расплавленная лава при выходе из вулкана имеет температуру порядка 1200 °C. См.: Schminke H. Volcanism. Berlin: Springer, 2004. Р. 27.

157

Чтобы понять, насколько идеализированный образ Томаса Эдисона отличается от реальности, рекомендую книгу: Stross R. The Wizard of Menlo Park. New York: Crown, 2007. Печально известный медведь-охранник описан в статье: Jehl F. Edison the Man: An Old Friend’s Recollections of the Great Inventor // Popular Science. 1924. February. Р. 31.

158

Кремний (лат. Silicium, силициум), один из самых широко распространенных на Земле химических элементов, часто путают с силиконом (полимером), который используется при пластических операциях. Кремний входит в этот полимер в микроскопических количествах, но на этом сходство заканчивается. Кремний, используемый в радиодеталях и компьютерных чипах, гораздо ближе к естественному, содержащемуся в песке, чем к колыхающемуся в бюстгальтерах.

159

160

Шон Палмер полагает, что светлячок имеет силу света от 1/50 до 1/400 кандел. См.: What distance is a firefly visible from? // Palmer S. B. Shared Objects // sbp.so/firefly.

161

Проблемы с телескопом «Хаббл» прекрасно описаны в книге: Zimmerman R. The Universe in a Mirror: The Saga of the Hubble Telescope and the Visionaries who Built it. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2010 (главы 4 и 5).

162

163

Термин «Эфир» исчез из обихода после известного эксперимента Майкельсона – Морли, проведенного в 1887 году. В ходе эксперимента Альберт Майкельсон и Эдвард Морли изящно проверили идею о существовании эфира и попробовали вычислить его скорость. Поскольку она оказалась нулевой, ученые убедительно доказали, что эфира не существует. Одновременно они предположили, что скорость света всегда постоянна, и тем самым проложили дорогу к блестящей новой теории относительности Эйнштейна, которая появилась 20 годами позже.

164

Беседа с человеком, который стоял за созданием мобильных телефонов. BBC News, 21 апреля 2003 года (полная ссылка на моем сайте). Патент Мартина Купера на мобильный телефон был подан в 1973 году и официально зарегистрирован два года спустя. См.: Cooper M. US Patent 3,906,166: Radio Telephone System, 16 September 1975 (ссылка есть на моем сайте).

165

В этой занимательной истории о том, как Великобритания и Северная Америка были связаны с помощью электросвязи, Джиллиан Куксон предполагает, что в 1850-х понадобилось 12 дней, чтобы отправить сообщение через Атлантику, объединив возможности парохода и телеграфа. См.: Cookson G. The Cable. Stroud: The History Press, 2012. В 1858 году Сайрус Филд создал подводную сеть, связывающую Америку с Европой, и вскоре через нее проходило около 150 сообщений (в обоих направлениях). Но считалось, что через систему отправлялось только 50 сообщений в день в 1866 году. Причина – исключительно высокая стоимость информации: 10 долл. за слово. См.: The Great Transatlantic Cable // pbs.org/wgbh/amex/cable/index.html.

166

Свету, скорость которого составляет около 300 000 км/с, понадобится около 0,02 секунды для того, чтобы преодолеть расстояние в 5500 км между Лондоном и Нью-Йорком.

167

Например, см. классическую работу: Nyquist H. Certain Factors Affecting Telegraph Speed // Bell System Technical Journal. 1924. Vol. 3. Pp. 324–346. Полная ссылка на моем сайте.

168

Если любопытно, изучите спор между Элишей Греем и Александром Беллом (см. мой сайт). Немногие слышали о Меуччи, пока его достижения не были признаны постановлением Палаты представителей Конгресса США от 11 июня 2002 года. См.: Who is Credited as Inventing the Telephone? US Library of Congress // loc.gov/rr/scitech/mysteries/telephone.html.

169

Подробные разъяснения принципа работы фотофона даны в патенте Белла: Bell A. US Patent 235,199: Apparatus for Signalling and Communicating, called ‘Photophone’. December 7 1880. Подробности на моем сайте.

170

Также одним из «отцов» радио считается русский ученый-физик Александр Попов (1859–1906). Прим. ред.

171

172

Изобретателем цветного телевидения считается русский ученый Владимир Зворыкин (1888–1982). Прим. науч. ред.

173

Журнал Time приписал этот рекорд Фарнсуорту, назвав его одной из 100 самых влиятельных фигур XX века. См.: Postman N. Electrical Engineer Philo Farnsworth // Time. 1999. March 29. Подробности на моем сайте.

174

Так описан закон Фарадея: переменное магнитное поле порождает электрическое поле. Прим. науч. ред.

175

Размер антенны должен быть кратен четверти длины волны. Прим. науч. ред.

176

Предположим, вы слушаете радио в диапазоне FM на частоте около 90 МГц. Длина волны – скорость света, деленная на частоту, то есть около 3,3 м. Таким образом, антенна FM должна быть длиной около 1,5 м.

177

Максимальное расстояние, на котором вы можете увидеть маяк, – 3,57 км, умноженные на квадратный корень из высоты маяка. Если он имеет высоту около 30 м, вы можете видеть его свет с расстояния примерно в 20 км. В расчетах я пользуюсь формулой, приведенной в работе: Young A. Distance to the Horizon // mintaka.sdsu.edu/GF/explain/atmos_refr/horizon.html.

178

Длина такой волны может достигать от нескольких метров до километра. Прим. науч. ред.

179

Маркони получил Нобелевскую премию по физике в 1909 году. Его нобелевская лекция – увлекательный рассказ о его экспериментах и научном их понимании. Ее следует прочесть. Marconi G. Nobel Lecture: Wireless Telegraphic Communication, 1909 // nobelprize.org. Подробная ссылка на моем сайте.

180

181

Эта идея была разработана Артуром Кеннели и подтверждена Эдвардом Эплтоном в 1924 году. В 1947 году Эплтон получил Нобелевскую премию. Умершие к тому времени Кеннели и Хевисайд не смогли разделить с ним эту честь. См.: Edward V. Appleton – Biographical // nobelprize.org (полная ссылка на моем сайте).

182

Эту и другие забавные истории можно найти в книге Nahin P. Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. Baltimore, MD: JHU Press, 2002.

183

Searle G. Oliver Heaviside: A Personal Sketch // The Heaviside Century Volume. London: IEE, 1950.

184

Clarke A. Extra-Terrestrial Relays: Can Rocket Stations Give World-Wide Radio Coverage? // Wireless World. 1945. October.

185

186

187

Е = ћf, где ћ – постоянная Планка (6,626 × 10^>–34 Дж × с), а f – частота (Гц). Прим. науч. ред.

188

Сайт Straight Dope определяет эту мощность как 1000 Вт для микроволновой печи и несколько сотен милливатт для мобильного телефона. См. статью: How are the Microwaves in Ovens Different from those in Cell Phones? // The Straight Dope. 2003. August 28, straightdope.com. Подробная ссылка на моем сайте.

189

Это самое грубое предположение, основанное на сравнении мощностей по версии сайта Straight Dope и допущении, что мобильный телефон может направлять микроволновую энергию в пищу так же, как микроволновая печь. На самом деле мобильный телефон не может создать температуру, необходимую для приготовления пищи. Даже если он сообщит вашему ужину какую-то энергию, он не способен приготовить его. Пищу можно оставить надолго и на солнце, но она не приготовится, если не достигнет определенной критической температуры.

190

191

192

193

194

195

ENIAC: Celebrating Penn Engineering History. Penn Engineering // seas.upenn.edu. Подробная ссылка на моем сайте.

196

Van der Spiegel J. ENIAC // R. Rojas, ed. Encyclopedia of Computers and Computer History. Chicago: Fitzroy Dearborn, 2001.

197

198

Для примера посмотрите любую статью, посвященную сравнению цифровой и пленочной фотографии.

199

200

Единственный реальный способ подслушивания мобильных телефонов – установка соответствующего устройства в аппарат или подсоединение к оборудованию провайдера. С середины 1990-х до середины 2000-х перехват SMS был одним из любимых занятий журналистов. Один из моих друзей, работавших в области телекоммуникаций, рассказывал мне, что у каждого провайдера есть помещения со специальными устройствами, доступ в которые имеют только сотрудники службы безопасности. Тогда я отмел это сообщение как граничащее с паранойей. Однако в 2014 году оператор мобильной связи Vodafone сделал заявление, которое фактически подтверждало эту информацию. См.: Garside J. Vodafone Reveals Existence of Secret Wires that Allow State Surveillance // The Guardian. 2014. June 6.

201

Книжный фонд Библиотеки Конгресса постоянно растет. 36 млн томов было в ней на время написания этой книги. См.: Fascinating Facts from the US Library of Congress // loc.gov/about/facts.html.

202

iTunes начала убирать кодировку DRM со своих музыкальных файлов в 2009 году. См.: Apple to End Music Restrictions // BBC News. 2009. January 7. Подробная ссылка на моем сайте.

203

Это происходит по крайней мере в США, на основании закона Digital Millennium Copyright Act (DMCA), подписанного президентом Биллом Клинтоном 28 октября 1998 года.

204

Этот метод взламывания защитной кодировки иногда называется «Аналоговой дырой». Крупные медийные холдинги стараются с ним бороться. См.: Electronic Frontier Foundation, eff.org/issues/analog-hole.

205

206

Теоретически, если вы осуществляете дискретизацию сигнала достаточно быстро, вы можете записать и воспроизвести всю информацию с оригинала. Мы знаем об этом из теоремы отсчетов Найквиста – Шеннона (или теоремы Котельникова). На практике высокочастотная дискретизация делает файлы формата mp3 слишком большими, поэтому большинство людей (тех, кто слушает плохие записи mp3 через плохие наушники в поездах метро и электричках при поездках на работу) устраивает худшее по качеству звучание на сильно сжатых файлах, если они могут хранить больше музыки на своих мобильных телефонах или в плеерах.

207

Компакт-диски были замечательны не только своим звучанием. Вы, возможно, помните телевизионные передачи, когда незадачливые ученые бросали эти диски на пол или даже пачкали их вареньем, доказывая, что они могут прекрасно использоваться и после такого грубого обращения. Это стало возможно благодаря тому, что в компакт-диски введен специальный корректирующий код – недвоичный циклический код Рида – Соломона, который позволяет исправлять ошибки в блоках данных. Он настолько эффективен, что может компенсировать потерю данных на царапине 2,5 мм длиной, на которой может разместиться 4000 бит информации. См.: Baert L. Digital Audio and Compact Disc Technology. Boston: Focal Press, 1995.

208

Благодаря Британской национальной библиотеке Библия Гутенберга была переведена в цифровой формат для вечного хранения. Но кто знает, сохранится ли цифровая версия так же долго, как печатная? См. bl.uk/treasures/gutenberg/background.html.

209

Рэй Томлинсон позже дал пояснения по поводу первого сообщения, посланного по электронной почте. Почему он это сделал? «Мне показалось, что это прекрасная идея». Почему был принят этот странный знак «“а” в кружочке»? «В этом есть смысл. Знак @ не встречается в фамилиях, поэтому он помогает избегать ошибок в разделении логина и наименования хостинга». См. openmap.bbn.com/~tomlinso/ray/firstemailframe.html.

210

«Книга Судного дня» – свод материалов первой в средневековой Европе всеобщей поземельной переписи, проведенной в Англии в 1085–1086 годах по приказу Вильгельма Завоевателя. Важный исторический памятник социального, экономического и политического развития Англии XI века. Прим. перев.

211

Подробности об этом проекте ВВС см. на сайте bbc.co.uk/history/domesday/story.

212

Оценка дана в исследовании Radicati Group за 2012 год.

213

Масса обычного айсберга составляет порядка 150 000 т, а температура внутри его равна –15 °C. Содержащаяся в нем тепловая энергия равна произведению его массы на удельную теплоемкость воды и на разницу его температуры с абсолютным нулем, то есть 150 000 000 кг × 4181 Дж/(кг × °C) × (273–15) = 162 000 ГДж. Большая кружка кофе может вмещать примерно 0,5 л воды при температуре 90 °C, так что ее тепловая энергия составит 0,5 кг × 4181 Дж/(кг × °C) × (90 + 273) °C = 760 кДж. Айсберг содержит в 200 млн раз больше тепловой энергии. Данные об айсбергах взяты с сайта canadiangeographic.ca.

214

«Черные дыры» не обязательно холодные. Сейчас ученые работают над поиском «самой холодной точки Вселенной», где температура составляет всего 1 пикокелвин, то есть 10^>–12 K (0,000000000001 K). См. coldatomlab.jpl.nasa.gov.

215

Hand E. Hot stuff: CERN physicists Create Record-Breaking Subatomic Soup // blogs.nature.com. 2012. August 13. Подробная ссылка на моем сайте.

216

Домашний тепловой аккумулятор – широко распространенный в США отопительный прибор, преобразующий электричество в тепло и сохраняющий его в керамических кирпичах в ночное время, а днем высвобождающий. Прим. перев.

217

Bingelli C. Building Systems for Interior Designers. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2009. Р. 22.

218

Импорт льда: см. canalmuseum.org.uk/ice/iceimport.htm.

219

Другой принцип работы кондиционеров основан на эффекте Пельтье: специальные элементы (элементы Пельтье) нагреваются или охлаждаются в зависимости от направления протекающего электрического тока. Прим. науч. ред.

220

Жидкое мороженое миссис Маршал: matthew-rowley.blogspot.co.uk, September 2010. Подробная ссылка на моем сайте.

221

Я указываю обычные цены на электроэнергию в Великобритании в расчете на типовые обогреватели. См. energysavingtrust.org.uk/Generating-energy/Choosing-a-renewable-technology/Ground-source-heat-pumps.

222

В термосе происходят адиабатические процессы – процессы в теплоизолированной системе. Прим. науч. ред.

223

Аэрогели – гели, в которых жидкая фаза замещена газообразной. Такие материалы обладают рекордно низкой плотностью и демонстрируют ряд уникальных свойств: твердость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно низкую теплопроводность и т. д. Распространены аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глиноземов, а также оксидов хрома и олова. В начале 1990-х получены первые образцы аэрогеля на основе углерода. Прим. перев.

224

Цит. по Fox S. Superinsulating Aerogels Arrive on Home Insulation Market At Last. 2010 // popsci.com/technology/article/2010-02/aerogels-hit-consumer-insulation-market.

225

The Passivhaus Standard: What is Passivhaus? // passivhaus.org.uk. Подробная ссылка на моем сайте.

226

Перегрев полупроводников (в частности, кремния) – один из ключевых факторов, ограничивающих производительность ПК. Прим. науч. ред.

227

Cray-1 – легендарный суперкомпьютер, спроектированный Сеймуром Крэйем и созданный компанией Cray Research в 1976 году. Прим. перев.

228

См., например, Fischer B. How much does it cost to charge an iPhone 5? A thought-provokingly modest $0.41/year // blog.opower.com. 2012. 27 September. Подробная ссылка на моем сайте.

229

Without Much Fanfare, Apple Has Sold Its 500 Millionth iPhone // forbes.com. 2014. March 25. Подробная ссылка на моем сайте.

230

Greenpeace International. How Clean is Your Cloud? 2012. См. greenpeace.org/international; подробная ссылка на моем сайте.

231

Стационарный компьютер против ноутбука: computerhope.com/issues/ch001399.htm.

232

Хестон Блюменталь (род. 1966) – известный английский шеф-повар, автор многочисленных революционных рецептов. Лауреат множества наград и премий в области кулинарии. Прим. перев.

233

Здесь я применяю систему соотношений, характеризующих пищевые килокалории, где 1 пищевая килокалория = 1000 тепловых калорий = 4,2 кДж энергии.

234

Данные для этой таблицы взяты из различных источников, включая Insel P. et al. Nutrition. Sudbury, MA: Jones & Bartlett, 2010. Р. 342.

235

«В среднем эффективность использования энергии при ходьбе, беге или занятиях на велотренажере составляет 20–25 %». McArdle W. et al. Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins, 2010. Р. 208.

236

При быстрой ходьбе со скоростью 6 км/ч за час расходуется 450 ккал. Большое яйцо содержит 75 ккал, так что на одном яйце можно пройти около 10 минут, покрыв расстояние в 1 км.

237

Потребление энергии северными овцебыками зимой составляет 920 кДж (219 ккал)/кг живого веса, а летом (в это время животные гораздо более активны) оно увеличивается на четверть, до 1163 кДж (278 ккал)/кг. См.: Kazmin V. D., Abaturov B. D. Quantitative characteristics of nutrition in free-ranging reindeer (Rangifer tarandus) and musk oxen (Ovibos moschatus) on Wrangel Island // Biology Bulletin. 2011. Vol. 38. P. 935.

238

Базальный метаболизм – минимальное количество энергии, расходуемое человеческим организмом для поддержания жизни в покое (эта энергия тратится на дыхание, кровообращение и переваривание пищи). Прим. перев.

239

Базальный метаболизм у колибри составляет 870 кДж/ч на килограмм массы, а у человека – только 77 кДж/ч на килограмм. Sherwood L. et al. Animal Physiology: From Genes to Organisms. Independence, KY: Cengage, 2012. Р. 720.

240

Мышь съедает в день 12 г еды на 100 г массы, по данным Johns Hopkins University Animal Care and Use Committee // web.jhu.edu/animalcare/procedures/mouse.html.

241

1 л бензина содержит 34,8 мДж (34 800 кДж) энергии. Так что 1 британский галлон (около 5 л) содержит приблизительно 160 000 кДж.

242

Во время написания этой книги в Великобритании 1 л бензина стоил около 1,3 фунта, или 0,00374 пенса за килоджоуль. Обычный бургер в фастфуде стоил 4 фунта, то есть 0,2 пенса за килоджоуль (в 50 раз дороже за то же количество энергии). Дома я плачу 20 пенсов за киловатт-час электроэнергии (без годового депозита). Таким образом, я покупаю 1 кДж энергии за 0,006 пенса.

243

Оценки потребностей в энергии, организация Health Canada, 8 ноября 2011 года. См. hc-sc.gc.ca; подробная ссылка на моем сайте.

244

Breiter M. Bears: A Year in the Life. London: A & C Black, 2008. Р. 157.

245

Percent of Consumer Expenditures Spent on Food, Alcoholic Beverages, and Tobacco that were Consumed at Home, by Selected Countries, 2012. US Department of Agriculture Economic Research Service // ers.usda.gov/data-products/food-expenditures.aspx.

246

Рэнгем Р. Зажечь огонь. Как кулинария сделала нас людьми. М.: Астрель: Corpus, 2012.

247

См. ift.org/newsroom/news-releases/2013/july/15/chew-more-to-retain-more-energy.aspx.

248

Вольке Р. О чем Эйнштейн рассказал своему повару. М.: Манн, Иванов и Фербер, 2016; McGee H. On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen. New York: Scribner, 2004.

249

Издана на русском языке: Вольке Р.О чем Эйнштейн рассказал своему повару. М.: Манн, Иванов и Фербер, 2016.

250

Если, конечно, мы не найдем способов готовить и потреблять «ядерную» пищу. Уравнение Эйнштейна E = mc² теоретически позволяет таблетке массой 1,5 г произвести энергию в количестве 135 трлн Дж.

251

Пыль бывает разных размеров, но чем она мельче, тем легче мы ее вдыхаем и тем более опасна она для нас. Обычная пыль состоит из частиц размером от нескольких микронов (миллионная часть метра) в диаметре до сотен и больше микронов.

252

Это в теории, но на практике поведение атмосферы гораздо сложнее. Из-за так называемых инверсионных слоев скорость ветра на высоте может даже уменьшаться.

253

Теоретически, если вы удвоите высоту мачты ветряка (точнее, высоту, на которой находится его ротор), скорость воздушных потоков увеличится на 10 %, а сила ветра возрастет на 1/7. Это может увеличить производительность двигателя на треть. На практике всё сложнее. По мере вращения ротора каждая лопасть испытывает наибольшую силу ветра в высшем положении, но при этом увеличивается и нагрузка на ротор. Кроме того, более высокие ветряные двигатели и весят больше, поэтому больше энергии будет затрачиваться на преодоление ими силы земного тяготения.

254

Плавание в море нельзя сравнивать с плаванием в бассейне по ряду причин. Волны создают турбулентные потоки, и вы вынуждены расходовать много энергии на их преодоление. В холодном волнующемся море пловец, как правило, держит голову высоко над водой, поэтому его тело не принимает вытянутого положения, и каждый гребок оказывается более трудным. Плавание в открытом море подразумевает, что вы должны использовать гидрокостюм, который вас согревает, но сковывает движения. К тому же соленая морская вода плотнее пресной, поэтому плыть в ней труднее, чем в бассейне. Но главное – гидродинамические потери.

255

Исследования, проведенные НАСА в 1970-х, показали снижение сопротивления воздуха при скорости 90 км/ч на 24 %. См.: Lamm M. (Popular Mechanics, 1977, p. 81). Специальные крылья, которые улучшают аэродинамику колес, описаны в статье: Rahim S. Plastic Fairings Could Cut Truck Fuel Use // Scientific American, February 2011 // scientificamerican.com/article/plastic-fairings-cut-truck-fuel/.

256

https://www.youtube.com/watch?v=p08_KlTKP50.

257

Einstein A. The Cause of the Formation of Meanders in the Courses of Rivers and of the So-Called Baer’s Law // Die Naturwissenschaften. 1926. Р. 14.

258

У некоторых страдающих этим недугом людей глотка во сне вообще смыкается. Этот синдром называется «угнетенное дыхание во сне». Для борьбы с ним применяется специальный аппарат, который через маску мягко нагнетает в глотку пациента воздух, заставляя ее оставаться открытой и не смыкаться. См. сайт Национального института сердца, легких и крови, nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/cpap/.

259

Fajdiga I. Snoring Imaging – Could Bernoulli Explain It All? // Chest. 2005. Vol. 128. P. 896. Подробная ссылка на моем сайте.

260

The Water in You. US Geological Survey // water.usgs.gov/edu/propertyyou.html.

261

Отличный пример из волновой теории. Техническое название – интерференция в тонких пленках. Почитать об этом можно на сайте explainthatstuff.com/thin-film-interference.html.

262

Кавендишу часто приписывают открытие химической формулы воды, хотя Джеймс Уатт утверждал, что сделал это он. Интересные данные приводятся в книге: Miller D. Discovering Water: James Watt, Henry Cavendish, and the Nineteenth Century «Water Controversy». Farnham: Ashgate Publishing, 2004.

263

Еще точнее называть воду «оксидом протия», так как в строгом смысле она может иметь и другой состав. Например, D_>2O – «тяжелая» вода, оксид дейтерия (изотоп водорода), который применяется в атомных электростанциях для замедления ядерных реакций. Весьма опасен для человека. Прим. науч. ред.

264

Indoor Water Use in the United States. US Environment Protection Agency (EPA) // epa.gov/watersense/pubs/indoor.html.

265

Данные о количестве воды, используемой для смыва в туалетах, приводятся согласно сайту Американского агентства по охране окружающей среды. Данные по стиральной машине Siemens iQ300/iQ500: 7 л воды на 1 кг сухого белья и загрузка 5–7 кг за стирку. Ссылка на сайт Siemens приведена на моем сайте.

266

Terry N. Energy and Carbon Emissions: The Way We Live Today. Cambridge: UIT Cambridge, 2011. P. 47.

267

Это вариация классического вопроса на экзаменах по физике, известного как «Последний вздох Цезаря». Вас просят вычислить вероятность наличия хотя бы одной молекулы воздуха в последнем выдохе обреченного римского диктатора. Никакие расчеты не нужны. Достаточно знать, что в стакане воды молекул больше, чем стаканов воды на нашей планете (600 000 000 000 000 000 000 000 молекул в 18 г, или моле, жидкости), а в объеме воздуха в легких больше молекул, чем легких на нашей планете. Этот любопытный факт так же известен, как и круговорот воды в природе. Вы найдете его в книге: Докинз Р. Бог как иллюзия. М.: Азбука-Аттикус: Колибри, 2015. Ричард Докинз повторяет слова Льюиса Уолперта о том, что в стакане воды больше молекул, чем стаканов воды в океане. Я просто выполняю свой долг и повторяю это вновь.

268

Удельная теплоемкость железа составляет 0,47 Дж/(кг.°C), или примерно в девять раз ниже удельной теплоемкости воды. Для нагревания 1 кг воды на определенную температуру необходимо в девять раз больше тепла, чем на нагревание 1 кг железа (иначе говоря, вода будет нагреваться в 9 раз медленнее, чем такая же масса железа).

269

Для простоты я описываю систему центрального отопления дома как «цепочку» радиаторов, последовательно запитывающихся от бойлера: так в основном работали старые системы. Более эффективные современные системы запитываются параллельно: вода заполняет их не по очереди, а одновременно.

270

Рабочая температура для никель-хромовых сплавов составляет порядка 750 °C.

271

Lifting the Lid on Computer Filth // BBC News. 2004. March 12; Keyboards ‘Dirtier Than a Toilet // BBC News. 2008. May 1. Подробные ссылки – на моем сайте.

272

Душ, в котором вода подается под сильным напором узкой струей. Прим. науч. ред.

273

Terry N. Energy and Carbon Emissions: The Way We Live Today. Cambridge: UIT Cambridge, 2011. P. 47.

274

World Health Organization. Guidelines for Safе Recreational Water Environments Volume 1: Coastal and Fresh Waters. Geneva: WHO, 2003. P. 45.

275

Botcharova M. A Gripping Tale: Scientists Claim to Have Discovered Why Skin Wrinkles in Water // The Guardian. 2013. January 10. Подробная ссылка – на моем сайте.

276

Dyson Airblade // dyson.co.uk/hand-dryers.aspx.

277

Bakalar N. Where the Germs Are: A Scientific Safari. New York: John Wiley, 2003. P. 54.

278

Handwashing: Why are the British so Bad at Washing their Hands? // BBC News. 2012. October 15. Подробная ссылка – на моем сайте.

279

Most People Washing their Hands. From Guinness World Records; см. guinnessworldrecords.com. Подробная ссылка – на моем сайте.

280

Bakalar N. Where the Germs Are: A Scientific Safari. New York: John Wiley, 2003. P. 53.

281

Данные по США за 1997 год: Carpenter R. Laundry Detergents in the Americas: Change and Innovation as the Drivers for Growth // A. Cahn, ed. Proceedings of the 4th World Conference on Detergents: Strategies for the 21^>st Century. Urbana, IL: AOCS Press, 1999. Данные по Европе: Garratt B. The Fish Rots From The Head. London: Profile Books, 2010.

282

Wilson E. O. The Diversity of Life. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1992, Р. 142.

283

По разным породам оценки могут варьировать, но 50 млн – достоверная средняя цифра: Cook J. Handbook of Textile Fibres: Volume 1: Natural Fibres. Cambridge, UK: Woodhead Publishing, 1984. P. 89.

284

Идея создания «универсального растворителя» принадлежала еще алхимикам, которые пытались (безуспешно) найти вещество Alkahest, растворяющее все другие вещества. Пока вода ближе всех к этому определению. См. главу 1 в книге Reichardt C., Welton T. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH, 2011.

285

Если одно домохозяйство потребляет в среднем 5000 л воды в год, то 200 домов израсходуют 1 млн л. Это объем крупного олимпийского бассейна.

286

Если диаметр барабана стиральной машины составляет 55 см, то его радиус равен 0,275 м, а длина окружности 1,41 м. Когда барабан вращается со скоростью 1000 об/мин, его окружность проходит за минуту 1410 м и 85 км за 1 час.

287

MacKay D. Sustainable Energy Without the Hot Air. Cambridge: UIT Press, 2008. P. 54.

288

Многие считают, что вода уходит из белья под воздействием центробежных сил, но учителя физики это слово не любят и предпочитают объяснять это явление иначе. Они считают, что вращающийся барабан создает центростремительную силу, заставляющую белье вращаться по кругу. Поскольку в корпусе барабана есть дырочки, вода не удерживается в белье центростремительной силой, а движется по прямой линии и уходит из белья.

289

Я проверил это декабрьским днем несколько лет назад. Тогда почти по всей Великобритании лежал снег. Я взвесил белье перед тем, как оставить его развешенным на холодном восточном ветре на несколько часов. Потом собрал его и взвесил снова. Сразу после стирки оно имело массу 5 кг, а после сушки – 3,5 кг. После этого я высушил белье полностью уже в помещении. Масса составила 3 кг. Если допустить, что это его сухой вес, то на воздухе оно высохло на 3/4.

290

См. xeroscleaning.com/xeros-value.

291

Американское Агентство по охране окружающей среды приводит полезные данные по составу стиральных веществ и их воздействию на экологию: epa.gov/dfe/pubs/laundry/techfact/keychar.htm.

292

Химические вещества, приводящие к эндокринным нарушениям у животных (они есть не только в моющих средствах), вызывают смену пола у рыб. Американская программа по изучению воздействия вредных веществ на водный мир США приводит цифру 18–22 % (данные на 4 августа 2009 года, см. ссылку на моем сайте). В передаче ВВС об изменении пола рыб в связи загрязнением воды (10 июля 2004 года, см. ссылку на моем сайте) сообщается о «трети популяции рыб-самцов». Статья о загрязнении воды в округе Колумбия), появившаяся в газете Washington Times 12 ноября 2009 года, утверждает, что у «80 % рыбы в реке Потомак наблюдаются признаки изменения пола». Дополнительную информацию можно найти в книге: Kime D. Endocrine Disruption in Fish. Norwell, MA: Kluwer Academic Publishers, 1998.

293

Simpson W. S., Crawshaw G. H., eds. Wool: Science and Technology. Cambridge: Woodhead Publishing, 2002. P. 303.

294

Это действие закона охлаждения Ньютона – Рихмана. Одна из сфер его применения – криминалистика, в которой с его помощью эксперты определяют примерное время смерти по температуре трупа.

295

Plowman S., Smith D. Exercise Physiology for Health, Fitness, and Performance. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins, 2007. P. 418.

296

Научный термин для обозначения этого явления – теплота адсорбции. Много дополнительной информации о свойствах шерсти можно найти в отличной книге Leeder J. Wool: Nature’s Wonder Fibre. Ocean Grove, Victoria: Australasian Textiles Publishers, 1984.

297

Латентная тепловая энергия (латентное тепло, скрытое тепло) – количество тепла, которое поглощается или отдается при фазовом переходе. Латентным тепло называется потому, что при его поглощении или передаче температура не меняется. Прим. перев.

298

Сталь выдерживает механическое напряжение в 170–1000 МПа; шерсть – 70–115 МПа. Данные взяты из справочника Ashby M. Materials and the Environment: Eco-informed Material Choice. Waltham, MA: Elsevier, 2012. Р. 466–592.

299

См. сайт gore-tex.com/en-us/home. На сайте компании указано, что мембрана в ткани «в 20 000 раз меньше капли воды, но в 700 раз больше молекулы испарений». Вы, возможно, спросите: как эти цифры соотносятся с моей оценкой, что в капле воды могут содержаться миллионы и триллионы молекул? Судя по всему, ученые компании имели в виду линейные размеры, а не объемы молекул. Важно помнить, что водяные капли существенно различаются по размерам. Я специально делал расчеты для этой книги и пришел к выводу, что в одной капле воды может быть от 130 трлн до нескольких сотен квинтиллионов молекул.

300

Джеймс Гордон показывает удивительное сходство между твердыми материалами и тканями и вдобавок рассказывает о том, что металл часто кроят «по диагонали», как одежду или скатерти. Именно поэтому иногда мы видим «швы» на фюзеляжах самолетов и вертолетов. См. Гордон, «Конструкции». Как указывает автор, «косой крой» был впервые применен в 1920-х французским модельером Мадлен Вьонне.

301

Energy Expenditure During Walking, Jogging, Running, and Swimming // McArdle W. et al. Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance. Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins, 2010. P. 210.

302

Полезная информация есть на сайте training-conditioning.com/2009/05/29/opening_the_gait/index.php.