Дмитрий Побединский - Чердак. Только физика, только хардкор! Страница 11

Обычно дым поднимается вверх по простому закону Архимеда. Он горячее, легче, поэтому сила Архимеда выталкивает его вверх. Но если сам воздух становится легче, то выталкивающая сила уменьшается и дыму ничего не остается, кроме как стелиться по земле. Грубо говоря, теперь воздух и дым поменялись ролями: дым стал тяжелее воздуха, поэтому стелется по земле. Примета доказана!

Кстати, раз влажный воздух легче, то этим можно объяснить уменьшение атмосферного давления перед дождем. Ведь оно обуславливается тяжестью столба воздуха, нависающего над нами. Понижением давления объясняется чувствительность суставов, зубов, головные боли, сонливость перед дождем. Во всем виновато давление!

4.5. Почему жара так утомительна?

Жара вызывает чувство сонливости и усталости. Почему это происходит?

Температура человеческого тела около 37 градусов Цельсия. И при температуре воздуха 30 градусов человеческое тело должно охлаждаться, ведь тепло переходит от более горячего тела к более холодному. Но мы почему-то чувствуем совсем противоположное: при такой температуре воздуха нам жарко.

Дело в том, что человек теплокровен, и он может вырабатывать тепло внутри себя для поддержания постоянной температуры тела. В холодную погоду нам это очень сильно помогает, ну а в жаркую погоду мы от этого немного страдаем. Тогда почему мы не можем выключить свою внутреннюю печку и довольствоваться только окружающей теплотой?

Давайте представим: даже если нет физической и умственной нагрузки, в организме происходят реакции катаболизма, в ходе которых сложные вещества переходят в более простые, а их организм использует в качестве источника энергии. Конечно же, эти реакции неидеальные, и КПД далеко не 100 %, поэтому очень много энергии теряется в виде тепла. Но и остановить эти реакции мы не можем, потому что в них вырабатываются вещества, необходимые мозгу, сердцу и другим жизненно важным органам. Остается только один способ избавиться от излишнего тепла – это сбросить его.

Что для этого нужно сделать? Во-первых, тепло из внутренностей нужно перенести на периферию. Для этого кровоток кожных покровов увеличивается аж в 4 раза! Именно поэтому некоторые краснеют при высокой температуре. Таким образом кровь эффективно передает тепло внутренних органов на поверхность тела. И во-вторых, это тепло с поверхности кожи нужно передать окружающей среде. Для этого есть несколько способов: теплопроводность – это просто передача тепла от более горячего тела к более холодному; излучение – это инфракрасные волны, которые излучает любое нагретое тело; дыхание – воздух в легких немного нагревается, и мы выдыхаем более горячий воздух; испарение пота с поверхности тела – при испарении улетают самые быстрые молекулы, а самые медленные остаются, поэтому температура тела немного понижается. Вот и все.

И все же, почему жара так утомляет? Во всем виновата нехватка кислорода. Во-первых, из-за того, что кровь приливает к коже, ее остается меньше для кровоснабжения мышц и мозга. Поэтому человек находится в состоянии небольшого кислородного голодания, от которого возникают чувства сонливости и усталости. Ну и во-вторых, этот эффект усиливается еще и тем, что при увеличении температуры плотность кислорода в атмосфере уменьшается. Проверить это очень просто. Выразим из уравнения Менделеева – Клапейрона плотность p:

Молярная масса M и константа R уже известны, а давление p и температуру T мы возьмем с gismeteo.ru. Возьмем данные за июнь, поставим в формулу и увидим, что при любом увеличении температуры плотность кислорода p уменьшалась.

Но всякая ли жара такая уж и жара? На самом деле не все зависит от температуры, очень большое значение имеет влажность. При высокой влажности интенсивность испарения уменьшается, и поэтому человек охлаждается слабее и чувствует очень большой дискомфорт. Может быть даже так, что 25 градусов при высокой влажности будут переноситься намного хуже, чем 35 градусов при низкой. Поэтому, просматривая прогноз погоды, всегда обращайте внимание не только на температуру, но и на влажность. Если она очень высокая – берегитесь, будет очень жарко! Ну и конечно же, благодаря потоотделению человек может переносить очень высокие температуры в пустыне или даже бане. Действительно, человек в бане не нагревается до 100 градусов Цельсия, потому что там очень низкая влажность и идет интенсивное испарение с поверхности тела. Возникает некий баланс между нагревом и охлаждением. И благодаря этому температура тела человека остается практически постоянной.

4.6. Вся правда об алмазах

Лучшие друзья девушек – это, конечно же, бриллианты. Яркие, искрящиеся ограненные алмазы, переливающиеся всеми цветами радуги. Они поистине красивы, уникальны и отчасти неповторимы. Но что делает их такими особенными? Почему их практически невозможно заменить другим веществом, минералом? Неужели они обладают таким набором качеств, которых просто нет у всего остального?

Да, они уникальны. Представьте себе красивую девушку, шею которой украшает бриллиантовое колье. Откуда взялись эти камни? Конечно, они огранены из мутного самородка алмаза, который был добыт в руднике, среди прочей руды, каким-то неизвестным нам работником за какую-то скромную зарплату. Пока все очень прозаично, но вот как образуются залежи алмазов? Вот это интересно.

Оказывается, среди всех драгоценных камней алмазы образуются на самой большой глубине – вплоть до 660 км! Вы только представьте! Земная кора имеет толщину до 75 километров. Под ней на многие километры простирается вязкая мантия с очень разнообразным химическим составом, температурой в тысячи градусов и колоссальным давлением в десятки тысяч атмосфер (из-за тяжести вышележащих слоев земли). И именно там, только в таких условиях, атомы углерода слой за слоем могут формировать кристаллы алмаза. Действительно, нужно высокое давление, чтобы при кристаллизации получался именно алмаз, а не графит. И высокая температура, для достижения определенной вязкости (углерод как бы переходит из жидкого состояния в твердое, но это очень условно).

Эти процессы происходят очень давно, и современным алмазам может быть до 3 миллиардов лет! Но как эти алмазы с такой глубины попадают на поверхность? В этом им помогает вулканическая активность.

Интересный факт: вулканы извергают вовсе не мантию, а магму. Это жидкий расплав, получающийся на границе земной коры и мантии, по сути их смесь. В коре Земли есть газообразные вещества, поэтому магма – это что-то вроде газировки. И в ней могут образовываться пузырьки, если давление резко уменьшается. Когда это происходит, магма пузырится, пузырьки устремляются вверх, увлекают за собой магму, и так происходит извержение.

Сотни тысяч лет назад в определенных местах на Земле происходили прорывы коры, и раскаленная магма выходила на поверхность. Само собой, она увлекала за собой и алмазы, находящиеся в мантии. В дальнейшем вся эта порода застывала, образуя так называемые кимберлитовые трубки. В сечении они напоминают морковку, сверху их диаметр может достигать километра. И около 10 % таких трубок на Земле усыпаны алмазами! Сейчас практически вся добыча алмазов идет так: находим трубку, вырываем огромную яму в земле глубиной до километра, тщательно просеиваем руду, – профит! Сейчас крупнейшие такие трубки разведаны на юге Африки, в России (в Якутии) и в Канаде.

Стоит отметить, что с середины XX века освоены технологии получения синтетических алмазов ювелирного качества. Принцип тот же: углерод при высокой температуре под высоким давлением медленно кристаллизуется в алмаз. Качество получается отменное.

Так что девушки правильно делают, что ценят алмазы сильнее всего. Это самые древние камни, которые создала для них Земля, причем ближе всего к своему сердцу! Ведь сапфиры, рубины, изумруды и все остальное образуется уже в земной коре, то есть не глубже 70 км.

Отчасти благодаря своему происхождению алмаз обладает уникальными свойствами. Это самый твердый природный материал с очень высоким коэффициентом преломления и дисперсией. Последние два качества как раз и влияют на игру цвета в бриллиантах, на блеск и красоту.

Только подумайте, алмаз – камень прозрачный. Но блестит ярче зеркала! Как так получается? Как лучи отражаются от него? Вся хитрость в полном внутреннем отражении. Оказывается, лучи света могут отражаться от внутренней поверхности вещества словно от зеркала, а не проходить насквозь. Вы можете это сами проверить в бассейне. Нырните и посмотрите на поверхность. Вдалеке в ней будет отлично отражаться дно и все, что на нем есть. И оказывается, чем больше показатель преломления, тем для большего количества лучей и происходит полное внутреннее отражение, а не пропускание. Так что ограненные алмазы рекордсмены по блеску именно благодаря этому качеству.