Текст книги "Почему у пингвинов не мерзнут лапы? И еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого"

5. Бытовые премудрости

Плесени – бой

«Как называется ужасная черная плесень, которая появляется в сырых ванных комнатах? Средства для удаления плесени и отбеливатели, моющие и чистящие средства на нее не действуют. Есть ли какое-нибудь средство от нее, кроме абразивов?»

Г. У. Грин

Молверн, Вустершир, Великобритания

Пресловутая черная плесень – плесневый грибок Aspergillus niger. Избавиться от него так трудно потому, что черные пятна – всего лишь видимые части грибка, главным образом плодоносящие тела. Помимо этой видимой части у грибка еще есть невидимые гифы мицелия. Они находятся внутри обоев или штукатурки и питаются минеральными веществами, которые в них содержатся.

Для удаления грибка требуется не только неоднократное физическое уничтожение его видимой части, но и одновременное применение проникающего фунгицида, который убивает невидимую корневую систему плесени. В противном случае процесс борьбы с грибком – все равно что попытки срезать верхушку сныти или осота с грядки, не трогая корни.

Эндрю Филпоттс

Хексем, Нортумберленд, Великобритания

Грибок Aspergillus – постоянный источник раздражения целой страны. Он разрастается в прохладных местах с застоялым воздухом и конденсацией влаги – рядом с оконными рамами, на бетонных потолках, возле баков для воды и т. д.

Современные медики считают этот грибок главной причиной аллергических заболеваний и источником канцерогенных аэрозолей, поэтому избавляться от него важно для здоровья.

Я столкнулся с проблемами, когда попытался вывести грибок. Столовая соль и отбеливатель дали лишь временные результаты, а в качестве последнего средства пришлось несколько раз мыть пораженные участки стен системным фунгицидом, который продается в любом магазине для садоводов. Но это решение не назовешь безопасным: фунгицид так же токсичен, как и грибок.

Глин Дэвис

Кингстон, Суррей, Великобритания

Автор предыдущего ответа впал в заблуждение, считая, что любая черная плесень – грибок Aspergillus niger. При осмотрах домов в Шотландии, предпринятых моими коллегами, выяснилось, что этот вид плесени встречается довольно редко.

Самая распространенная плесень, которую можно увидеть на стенах ванных и в других сырых местах, – Cladosporium, наряду с которой встречаются Aureobasidium, Phoma и Ulocladium. Даже зеленые разновидности Aspergillus и Penicillum кажутся черными, если они мокрые.

Подобная ситуация наблюдается и на материковой части Европы, значит, дело обстоит таким же образом и в Нортумберленде или Суррее, конечно, если тамошние ванные не отличаются от прочих британских близостью к зонам тропического и субтропического климата, благоприятного для Aspergillus niger.

Черный грибок, который встречается в 15 % домов Шотландии, – Stachybotrys aira. Обои, джутовая подкладка ковров, картон на гипсовых панелях – идеальный целлюлозный субстрат, в котором во влажных условиях разрастается этот грибок. Такой грибок представляет наибольшую опасность для здоровья жителей дома. Его переносимые по воздуху споры аллергенны и чрезвычайно токсикогенны. Токсины этого грибка препятствуют синтезу белка, оказывают иммуносупрессивное, раздражающее и геморрагическое воздействие.

Известно, что от фуража, зараженного грибком Stachybotrys, гибнут лошади; кроме того, он вреден для работников конюшен. В настоящее время эта плесень вызывает серьезное беспокойство в Северной Америке, где ее считают причиной вспышек различных болезней, связанных с условиями жизни, – от синдрома хронической усталости у взрослых до смертельно опасного легочного гемосидероза у младенцев. Этот грибок стал предметом судебных исков (в том числе одного – на сумму 40 миллионов долларов), предъявленных строительным и эксплуатационным организациям.

Брайан Фланниган

Кафедра биологических наук,

Университет Хериот-Уотт, Эдинбург, Великобритания

На наружной стене моей ванной в Пимлико разросся великолепный экземпляр плесени, который уничтожил обои и заразил штукатурку. Чтобы избавиться от этого Aspergillus, я один раз промыл стену темно-розовым раствором марганцовки. Повторно прибегать к тому же средству не понадобилось.

Билл Кристи

Фэрлайт-Коув, Восточный Эссекс, Великобритания

Читателям на заметку: марганцовка, или перманганат калия, при попадании внутрь организма ядовита. – Ред.

Бытовой отбеливатель не устраняет следы Aspergillus niger. Но если сбрызнуть или полить его водным 10-процентным раствором сульфата цинка, грибок больше не появится, так как молекулы сульфата цинка не смываются.

Фаррох Хассиб

Лондон, Великобритания

Горячая тема

«Правда ли, что горячая вода в морозильнике замерзает быстрее, чем холодная? И если правда, то почему?»

Иэн Попай

Гамильтон, Новая Зеландия

Этот вопрос уже поднимался в журнале New Scientist много лет назад, но удовлетворительный ответ тогда так и не был получен. На этот раз мы подошли ближе к разрешению этого вопроса, приводя мнения нескольких авторов, которые провели эксперименты. Несмотря на то что это противоречит нашим представлениям, горячая вода замерзает в холодильнике быстрее холодной. Наиболее убедительно выглядят такие объяснения: термический контакт улучшается, если сосуд с водой поставить в морозилку, обросшую льдом сверху; конвективные потоки распределяются таким образом, что горячая вода замерзает быстрее. Какой из эффектов преобладает, зависит от условий в морозильнике, от сосуда и места его расположения. – Ред.

Действительно, гораздо быстрее можно приготовить кубики льда, взяв горячую воду вместо холодной. Этого эффекта можно достичь, если поставить сосуд с водой на обледеневшую или замерзшую поверхность. От высокой температуры лед, на котором стоит сосуд, тает, и термический контакт между сосудом и холодной поверхностью улучшается. Ускорение теплопереноса между сосудом и его содержимым компенсирует большее количество тепла, которое предстоит удалить. Такого эффекта нельзя добиться, если подвесить сосуд или поставить его на сухую поверхность.

Это явление впервые заметил сэр Фрэнсис Бэкон, когда пользовался деревянными ведрами на льду. Мои эксперименты показали, что кубики льда можно получить не за 20 минут, а за 15, если температура в холодильнике достаточно низкая. В Австралии возможность быстрее заморозить воду ценится выше, чем в странах с более прохладным климатом.

Майкл Дэвис

Университет Тасмании, Австралия

Первым этот эффект заметил не сэр Фрэнсис Бэкон. Аристотель в «Метеорологии» приводит подобное объяснение: «Многие люди, желая быстро остудить воду, для начала выставляют ее на солнце. Устраивая стоянку на льду, чтобы порыбачить (сначала во льду делают отверстие, затем ловят рыбу), сначала вокруг шестов льют теплую воду, чтобы она замерзала быстрее; льдом крепят эти шесты».

Дэвид Эдж

Хаттон, Дербишир, Великобритания

По-видимому, предположение, что «такого эффекта нельзя добиться, если подвесить сосуд или поставить его на сухую поверхность», оказалось неверным…

Впервые этот вопрос прислал в журнал New Scientist в 1969 году студент из Танзании Эрасто Мпемба. Он обнаружил, что смесь для мороженого быстрее замерзает, если поставить ее в холодильник горячей, а не охлаждать до комнатной температуры. Когда я готовил школьную работу по этому же вопросу, мои учителя скептически отнеслись к выводам Мпембы.

Во-первых, оказалось, что дистиллированная или взятая из-под крана вода ведет себя так же, как смесь для мороженого; химический состав не играет роли. Во-вторых, выяснилось, что уменьшение объема вследствие испарения с поверхности горячей воды ни при чем. Термопары, помещенные в воду, показали, что при 10 °C вода достигает точки замерзания быстрее, чем вода при 30 °C, согласно закону Ньютона, но после этого вода, которая сначала была теплее, замерзает гораздо быстрее холодной.

Максимальное время потребовалось, чтобы вода замерзла в морозильнике, при изначальной температуре около 5 °C, минимальное – при 35 °C. Этот парадокс можно объяснить перепадом температур в воде по вертикали. Темпы потери тепла с верхней поверхности пропорциональны температуре. Если удастся поддерживать на поверхности жидкости температуру выше, чем в глубине, тогда скорость потери тепла будет больше, чем в случае равномерного распределения тепла в воде. Если вода налита в высокую металлическую банку, а не в плоскую посудину, парадоксальный эффект исчезает. Можно предположить, что перепад температур в высокой банке будет незначительным из-за теплопроводности металлических стенок.

После этих экспериментов у меня пропало всякое желание принимать общепринятое мнение на веру, особенно когда речь идет о наблюдениях, результаты которых не соответствуют укоренившимся представлениям.

Дж. Нил Кейп

Пеникуик, Мидлотиан, Великобритания

В классическом эксперименте два металлических ведра выставляют на улицу в холодную и предпочтительно ветреную ночь. Стоячая вода плохо проводит тепло, лед образуется на поверхности и возле стенок. Если изначальная температура воды около 10 °C, в глубине вода охлаждается очень медленно, особенно после того, как поверхность затягивает лед, препятствуя нормальной конвекции. Более теплая вода не может вступить в контакт с остывшим ведром, и теплообмена не происходит.

Если начальная температура воды близка к 40 °C, сильная конвекция устанавливается до замерзания воды, вся ее масса остывает быстро и единообразно. Несмотря на то что лед начинает формироваться позже, чем на прохладной воде, полное замерзание горячей воды происходит быстрее, чем замерзание холодной.

В данном случае важны дополнительные условия. Очевидно, если начальная температура холодного ведра 0,1 °C, а горячего – 99,9 °C, результаты эксперимента вряд ли окажутся неожиданностью. Сосуды должны быть достаточно большими, чтобы конвекция наблюдалась при малых перепадах температур, но при этом настолько маленькими, чтобы тепло быстро улетучивалось с поверхности. Помогает принудительное воздушное охлаждение в ветреную ночь.

В домашнем морозильнике трудно создать подобные условия, но опыт можно воспроизвести в промышленном морозильнике или в лабораторной камере с искусственным климатом.

Алан Калверд

Бишопс-Стортфорд, Хартфордшир, Великобритания

Это правда, я лично проводил подобный опыт. Единственное условие заключается в том, что сосуд с водой должен быть относительно маленьким, чтобы способность морозильника отводить тепло не стала ограничивающим фактором.

На холодной воде раньше образуется плавучий лед, который препятствует в дальнейшем конвективному теплопереносу с поверхности воды. На горячей воде лед в первую очередь образуется у стенок и дна сосуда, а на поверхности вода остается чистой и сравнительно горячей, что обеспечивает теплопередачу в ускоренном темпе. Большой перепад температур приводит к интенсивной конвективной циркуляции, которая выносит тепло на поверхность даже после того, как большая часть воды замерзнет.

Том Херинг

Кегуорт, Лестершир, Великобритания

Это культурный миф. Горячая вода не будет замерзать в морозильнике быстрее, чем холодная. Но если горячую воду охладить до комнатной температуры, она замерзнет быстрее, чем вода, которую вообще не нагревали. Дело в том, что при нагревании из воды улетучиваются растворенные газы (в основном азот и кислород), которые замедляют процесс кристаллизации льда.

Том Тралл

Университет Тасмании, Австралия

Скептически настроенному Тому Траллу из Университета Тасмании было бы полезно заглянуть в холодильник автора первого письма, Майкла Дэвиса, также из Университета Тасмании. Эксперименты подтверждают, что эффект действительно существует, а отсутствие растворенных газов может быть еще одним фактором, ускоряющим льдообразование.

Возможно, существует еще один фактор, о котором не упомянул ни один из корреспондентов, – переохлаждение. Недавние исследования показывают, что, поскольку вода может замерзать при перепаде температур, горячая вода начинает замерзать прежде, чем остынет. Но замерзнет ли она полностью первой – это уже другой вопрос. – Ред.

В научных экспериментах этот эффект выглядит убедительно. Мы исходим из предположения, что температура в морозильнике остается постоянной на протяжении всего процесса замораживания, а также не меняются другие показатели: размер сосуда, теплопроводные и конвективные свойства внутри и снаружи его.

Но я полагаю, что в процессе задействована еще одна переменная, а именно – перепады температур в морозильнике. Колебания температур внутри морозильника зависят от чувствительности термоэлемента и таймера регулирующей системы. Можно предположить, что при стандартной температуре морозильника энергия, направленная на охлаждение, действует с известной скоростью. Если поставить в морозильник ведро с холодной водой, оно почти не окажет воздействия на расход энергии, потому что температурный датчик не среагирует на него. Но ведро с горячей водой легко может привести в действие датчик и вызвать непродолжительное, но мощное охлаждение внутри морозильника и чрезмерно понизить температуру в зависимости от показаний таймера.

В домашних условиях наблюдатель может упустить из виду это обстоятельство. Подобный эффект я наблюдал в электрической сауне. Обманув температурный датчик брызгами воды, я увеличил потребление энергии.

Матти Ярвилехто

Университет Оулу, Финляндия

Недавние, но пока не получившие подтверждения исследования, проведенные в Университете Вашингтона в Сент-Луисе, США, выявили еще одну возможность. В нагретой воде в осадок выпадают такие растворимые вещества, как двууглекислый кальций и магний. Их можно увидеть внутри любого чайника, в котором кипятят жесткую воду. Но вода, которую не нагревали, тоже содержит эти соли, а при ее замерзании кристаллы льда вытесняют соли из растворов в воду. По мере того как их концентрация увеличивается, а вода замерзает, соли понижают температуру ее замерзания, как соль, которой зимой посыпают дороги. Следовательно, вода должна остыть прежде, чем она замерзнет. Поскольку понижение температуры замерзания создает перепады температур между жидкостью и окружающей средой, вода не так быстро теряет тепло. – Ред.

Прилипчивость

«Почему суперклей не прилипает изнутри к тюбику, в котором хранится?»

Ажит Весудеван

Оксфорд, Великобритания

Суперклей не прилипает к тюбику изнутри потому, что в тюбике содержится кислород в виде воздуха, но нет воды. Кислород препятствует процессам, катализатором которых является вода.

Ивонн Адам

Bostik Limited

Лестер, Великобритания

Суперклей не липнет к тюбику изнутри потому, что его основа – цианоакриловый мономер, которому для полимеризации требуется влага в виде воды или другое активное водородсодержащее соединение.

Этим же объясняется, почему для лучшего склеивания двух поверхностей достаточно тонкого слоя клея. Избыток клея понадобится счищать, стык будет неаккуратным. Чувствительностью к влаге также объясняются два обстоятельства: почему клей продают в упаковках, которые невозможно вскрыть, не облившись клеем, и почему пролитый клей так прочно прилипает к коже. Теплая и влажная кожа – идеальная среда для клея.

Брайан Гудлифф

Уэзерби, Западный Йоркшир, Великобритания

Специалисты компании Loctite обнаружили, что кислород препятствует быстрой полимеризации цианоакрилата. Поэтому в тюбике с клеем всегда оставляют место для воздуха. Жидкий мономер превращается в твердый полимер, когда между плотно прижатыми друг к другу поверхностями нет кислорода.

Э. Барраклаф

Оттерхем, Корнуолл, Великобритания

Все та же вонь

«Почему мусорные баки всегда пахнут одинаково, что бы в них ни лежало?»

Родри Протероу

Колчестер, Эссекс, Великобритания

Источник запаха, вероятно, создают бактерии и грибки, питающиеся органическими веществами в мусоре. Запах особенно силен, если в баке тепло и влажно.

Запах не всегда будет одинаковым, но он зависит скорее от вида микроорганизмов, чем от пищи, которую они потребляют. Запах пенициллиновой плесени, выросшей на апельсине, будет таким же, как запах такой же плесени, выращенной на лабораторной культуре, – резким, характерным и очень знакомым.

Анализ бытового мусора выявил наличие в нем остропатогенных бактерий, в том числе Pasteurella pestis, вызывающих заболевание бубонной чумой. Так что постарайтесь не слишком тщательно принюхиваться.

Кэри О’Доннелл

Уэлвин, Хартфордшир, Великобритания

Я задумался над этим вопросом, когда выносил мусор, и пришел к выводу, что из баков не всегда пахнет одинаково. Пакет с пищевыми отходами наверняка разорвут бродячие кошки, если бак будет открыт, а пакет с несъедобным мусором останется целым. Очевидно, кошки различают запахи пакетов, хотя для людей все они пахнут одинаково.

Что касается знакомого запаха, возможно, дело в том, что мусор неизбежно оказывается во всех пакетах одинаковым. Но садовые отбросы пахнут не так, как кухонные, а те, в свою очередь, ничем не напоминают по запаху отбросы из ведра, стоящего в ванной.

Стюарт Рейвенхолл

Ньюпорт-Пагнелл, Бэкингемшир, Великобритания

Липучая загадка

«Почему липкая лента становится почти прозрачной, если отматывать ее от рулона быстро (примерно 10 миллиметров в секунду), но если сбавить темп (до 1 миллиметра в секунду), она остается непрозрачной? Если сначала отрывать ленту быстро, а затем сделать паузу на несколько секунд, на прозрачной ленте появится отчетливая линия. Можно ли объяснить это явление?»

Дэвид Холленд

Бродстоун, Дорсет, Великобритания

Причина изменения внешнего вида липкой ленты заключается в реакции липкого слоя на ней на скорость, с которой на ленту оказывается воздействие. Если отрывать ленту медленно, липкий слой образует длинные нити между двумя частями ленты, которые отрываются и снова прилипают к рулону, – в итоге поверхность получается непрозрачной и неровной. Эти нити видны в лупу и невооруженным глазом.

При быстром отрывании ленты нити не успевают формироваться, рвутся раньше и не нарушают целостности липкого слоя.

Эта разница связана с вязкопластичной природой полимера, образующего липкий слой на ленте. Вязкий компонент этого материала придает ему физические свойства патоки или другой густой массы. Благодаря эластичному компоненту липкий слой ведет себя как твердое вещество – например, металл в виде проволоки. При растягивании патока образует длинные, почти никогда не рвущиеся нити, а металлическую проволоку почти невозможно вытянуть, не разорвав. При низкой скорости отрывания липкий слой ведет себя скорее как патока, а при высокой – как металлическая проволока.

В конечном итоге реакция липкого слоя зависит от времени процесса релаксации на молекулярном уровне. Поскольку время в некотором смысле служит эквивалентом температуры, когда речь идет о движении молекул, попробуйте охладить ленту в морозильнике. После этого при отрывании ленты с небольшой скоростью на ней появится больше прозрачных участков. Поскольку длинноцепочечным молекулам не хватает времени вытягиваться длинными нитями, целостность липкого слоя нарушается так же, как у ломкого материала.

Стивен Хэнкок

Стокпорт, Чешир, Великобритания

Песни чайника

«Почему чайник “поет”? Почему звук, который он издает, сначала повышается, затем ненадолго утихает, а когда слышится снова, то его высота начинает снижаться?»

Дон Манро

Университет Ньюкасла,

Новый Южный Уэльс, Австралия

Если включить электрический чайник, не закрывая его крышкой, вы увидите, что произойдет. Нагревательный элемент быстро покроется мелкими серебристыми пузырьками диаметром около 1 миллиметра. Это пузырьки воздуха, вытесненного из раствора под действием тепла от элемента. Шероховатости на металле служат очагами роста пузырьков, которые в конце концов отделяются от горячего элемента и всплывают на поверхность. Эти пузырьки формируются и лопаются бесшумно и не являются причиной «пения» чайника.

Спустя примерно минуту пузырьки воздуха вытесняют бесчисленные мелкие пузырьки перегретого пара, которые липнут к очагам образования пузырьков на нагревательном элементе.

Через несколько секунд эти первые пузырьки пара становятся нестабильными. При образовании каждого пузырька силы плавучести оттягивают его от горячей поверхности. Окруженные водой, еще не достигшей точки кипения, первичные пузырьки пара вдруг конденсируются и одновременно лопаются. Любопытно, что пузырьки не исчезают бесследно: вместо них появляются мелкие вторичные пузырьки, предположительно из водяного пара, которые не конденсируются, а вращаются в конвективных потоках. Когда в воде появляется облако этих вторичных пузырьков, вода на полминуты становится непрозрачной.

Ударные волны, распространяющиеся в воде при разрывах первичных пузырьков, создают шипящие звуки. Можно повысить тембр этого шипения, если временно прикрыть чайник крышкой. Крышка ограничивает объем воздуха над поверхностью воды, а в нем происходит резонанс некоторых частот в звуках ударных волн.

Вскоре облако вторичных пузырьков рассеивается, первичные пузырьки пара, которые до сих пор образуются на элементе, начинают увеличиваться в размерах. Но они уже не лопаются сразу, поскольку вода вокруг них нагрета практически до точки кипения, поэтому и звуки утихают. Увеличиваясь, плавучие первичные пузырьки пара отделяются от поверхности нагревательного элемента и скапливаются в более прохладной воде на высоте примерно сантиметра над ним.

Через несколько секунд вода становится настолько горячей, что крупные отделившиеся первичные пузырьки всплывают на поверхность. В этот момент можно услышать только низкое бульканье – звук лопающихся воздушных пузырьков на поверхности воды.

Роджер Керси

Натли, Восточный Суссекс, Великобритания