ФИЗИКА НА ПЛЯЖЕ
В. КОТОВ (г. Нижний Новгород)
... Вот вы достигли глубины, где можно плавать, нырять и брызгаться вволю.
Наберите пригоршню воды и бросьте ее в воздух. От ладони оторвется бесформенный комок. И поскольку в полете этот комок находится в состоянии невесомости (как и любое свободно падающее тело), за его формирование берется сила поверхностного натяжения. Она возникает из-за особых свойств поверхностного слоя воды, благодаря взаимодействию молекул в котором вода как бы находится в упругой сжимающейся оболочке. Сила поверхностного натяжения стремится максимально сократить поверхность воды. В тонких местах комка и его отростков образуются перетяжки, и он разбивается на множество шариков-брызг, ибо шар имеет минимальную поверхность для данного объема вещества.
А теперь наберите в ладони воду и выпустите ее тонкой струйкой. Льющаяся струйка заметно сужается: наглядный пример того, что свободное падение тел происходит с ускорением. Поскольку струя неразрывна, то в единицу времени через ее сечение внизу и вверху проходят одинаковые объемы воды. А поскольку скорость растет, диаметр струйки уменьшается.
Не забывайте, что вода, обладающая большой теплоемкостью и сравнительно низкой температурой, непрерывно отбирает тепло у вашего тела. И чем больше разница температур между телом человека и водой, тем быстрее идет этот процесс. Чтобы восполнить потерю тепла, нужно энергично двигаться и не доводить себя до появления озноба.
А теперь на прогретый песок, под жаркие лучи солнца!
Вы энергично растираетесь полотенцем, поворачиваетесь к солнцу то одним, то другим боком и чувствуете, как по телу разливается приятное тепло. Если же вы не вытерли кожу, да еще подул ветер, то сразу ощутите неприятный холод. Испарение воды с влажной кожи сопровождается понижением температуры тела, так как оно теряет тепловую энергию. Самые быстрые молекулы воды тратят часть своей кинетической энергии на совершение работы выхода (преодолевается сопротивление поверхностного слоя воды), а остаток уносят с собой. При ветре теплоотдача усиливается: воздух уносит испарившиеся с тела молекулы воды, а с ними и тепловую энергию.
А задумывались ли вы, почему, выйдя из воды, человек вообще должен сохнуть? Почему вода остается у него на коже после купания, а не скатывается?
Дело в том, что кожа человека, в отличие, скажем, от покрытого жиром оперения водоплавающих птиц, смачивается водой - молекулы воды притягиваются силами межмолекулярного взаимодействия к коже сильнее, чем друг к другу. Также благодаря смачиванию становится возможным вытираться полотенцем. Молекулы воды притягиваются к ткани полотенца сильнее, чем к коже, и переходят при вытирании с кожи на полотенце. Представим, что полотенце сшито из синтетической ткани, отталкивающей воду. Тогда оно просто размазывало бы воду, не впитывая ее.
Продолжим разговор о смачивании, тем более, что одно из его проявлений во время пребывания на пляже находится в прямом смысле у вас под ногами.
Если начать раскапывать сухой песок на пляже (что мы уже делали), то очень скоро дойдем до влажного песка. И чем глубже копать, тем больше воды в нем будет, несмотря на то, что уровень водоема расположен гораздо ниже. В зависимости от размеров песчинок вода поднимается на высоту 30-60 сантиметров!
Здесь мы имеем дело с капиллярным явлением, основанным на поверхностном натяжении воды и ее смачивающем свойстве. Неплотно прилегающие друг к другу песчинки образуют множество узких ходов - капилляров. Вода смачивает песчинки, обволакивает их и поднимается по стенкам капилляров за счет значительных сил молекулярного притяжения. Чем уже капилляры (мельче песчинки), тем меньше масса находящейся в них воды и соответственно на большую высоту она может подняться.
А теперь понаблюдаем в деталях, как происходит смачивание сухого песка. Высыпем на мелководье горку сухого песка и проследим за границей между сухим и влажным песком. Вода, смачивая песок, поднимается по капиллярам конуса-горки. Она охватывает и втягивает, укладывая с максимальной плотностью, одну песчинку за другой. Основание конуса, где песок уже намок, получается более пологим и плотным, чем его сухая вершина.
Сила молекулярного притяжения довольно велика. Именно она позволяет строить дворцы и крепости на пляже и в песочнице. Возведенные из сырого песка затейливые сооружения, высохнув, неминуемо осыпаются. Вся игра детей с формочками и влажным песком основана на силе молекулярного взаимодействия между песком (строительным материалом) и водой (связующим веществом) (см. "Наука и жизнь" № 6, 1998 г.). Это утверждение нетрудно проверить, попытавшись построить что-то из песка под водой: ничего, кроме пологих холмов (словно из сухого песка), не получится, так как сила взаимодействия с водой уже не скрепляет песчинки друг с другом. Вода находится теперь не только между песчинками, а со всех сторон окружает их, действие молекул воды на песчинки взаимно уравновешивается.
Читайте в любое время
