Юный техник, 2014 № 08 - [19]
Логика подсказывает, что горячей воде, чтобы замерзнуть, нужно больше времени, чем холодной. Но, как ни странно, горячая вода замерзает быстрее. В том можете убедиться вы сами. Зимой это сделать очень просто, выставив на мороз две пластиковые одноразовые тарелки — одну с горячей водой, другую с холодной — и посмотреть, в какой тарелке лед образуется быстрее.
Эту особенность воды впервые обнаружил танзанийский студент Эрасто Мпемба в 1963 году. Но почему так происходит? Этого толком не знает никто и по сей день.
Полтора века ученые бьются еще над одной загадкой. Почему лед скользкий? Исследователи согласны с тем, что тонкий слой воды, появляющийся при давлении, например, конька, на поверхности льда приводит к возникновению скольжения. Однако среди них нет согласия относительно того, почему лед, в отличие от большинства других твердых тел, имеет такой слой. Одни теоретики считают, что слой появляется как результат акта скольжения, который при контакте с коньками или с подошвами начинает таять. Другие полагают, что слой образуется до того, как на льду появляется фигурист или обычный человек, и оказывается он там в результате внутреннего движения поверхностных молекул. А какое мнение сложилось у вас?
Обычно твердое тело тяжелее жидкости. Если, например, бросить в металлический расплав кусок того же металла, он утонет. А вот с водой все происходит с точностью до наоборот.
Попробуйте положить несколько кубиков льда в стакан с водой. Кубики будут плавать на поверхности. Причина этого явления вновь кроется в механизме замерзания — при затвердевании вода увеличивается в объеме, и образовавшийся лед легче воды. К слову, у этого свойства жидкости имеется вполне определенное «применение». Зимой часто говорят, что река замерзла. Но это не совсем так, ведь замерзает лишь верхний ее слой. А поскольку лед легче воды, он не тонет, предохраняя водных обитателей от суровых зимних морозов.
Лед только на вид кажется твердым. На самом деле он зачастую имеет не кристаллическое, а аморфное строение, что придает ему особые свойства. Если ледяной брус положить на две опоры и подвесить под ним гирьку на проволоке, обвязанной поперек бруска, то вскоре гирька упадет, поскольку проволока под силой тяжести пройдет сквозь лед. Самое интересное, что брусок при этом может остаться целым.
В природе течение льда заметно на горных ледниках. Упавшие на их поверхность камни медленно, но верно ползут с горного склона в лощину вместе с течением льда.
Если налить в стеклянную миску немного воды и дать ей испариться, то на ее стенках, как правило, появляется специфический белый налет. Он образуется благодаря минералам, растворенным в воде. В нее же они попали из грунта. Подобный налет можно обнаружить и в чайнике, и в ванне, рядом со сливным отверстием.
К слову, попробуйте испарить дождевую воду. Появится ли белый налет в этом случае? Объясните результат вашего эксперимента.
Когда капля воды падает на горячую поверхность, например, на раскаленную сковороду, она долго носится по поверхности — дольше, чем можно ожидать. Так проявляет себя эффект Лейденфроста. Он появляется из-за того, что, когда нижний слой капли испаряется, прослойка пара изолирует остаток капли от горячей поверхности. Это дает капле дополнительные секунды существования.
На Земле кипящая вода создает тысячи крошечных пузырьков пара. В космосе, наоборот, она производит один гигантский пузырь. Гидродинамика — это настолько сложный процесс, что физики не знали, что произойдет с кипящей водой в невесомости, пока, наконец, в 1992 году на борту космического челнока не был осуществлен эксперимент.
Позднее физики решили, что странное кипение воды в космосе — это, вероятно, результат отсутствия конвекции и плавучести — двух явлений, вызванных гравитацией. На Земле мы наблюдаем этот эффект, когда смотрим на кипящую воду в чайнике.
Еще иногда молекулы воды бросают вызов законам физики, держась вместе, несмотря на все попытки силы тяжести или давления их разъединить. Это есть сила поверхностного натяжения, что заставляет верхний слой воды и некоторых других жидкостей вести себя, как гибкая мембрана. Поверхностное натяжение возникает из-за того, что молекулы воды находятся в свободной связи друг с другом. Из-за слабых связей между ними молекулы на поверхности всегда подталкиваются молекулами из нижних слоев. Они будут держаться вместе до тех пор, пока плотно связанные молекулы будут пытаться разрушить менее прочные связи.
Если очень аккуратно положить на поверхность воды канцелярскую скрепку, она не утонет, хотя металл тяжелее воды. Поверхностное натяжение не даст скрепке утонуть. Но вот вам вопрос на засыпку. Человеческое тело имеет меньший удельный вес, чем вода. Поэтому, согласно закону Архимеда, люди тонуть не должны. Между тем каждое лето число утонувших исчисляется тысячами. Как им это удается?
«Нет ничего мягче и слабее воды, но все же нет ничего лучше для обработки твердых и крепких вещей». Это подметил китайский мудрец Лао-цзы свыше 3 тысячелетий назад. Действительно, способность воды омывать, успокаивать и питать контрастирует с неудержимой силой, примерами которой являются хотя бы Ниагарский водопад, Большой каньон (он был высечен с течением веков рекой Колорадо) и цунами. В этом парадоксе тоже заключается противоречивость природы воды, некоторые странности которой мы с вами только что отметили.
