Текст книги "От звезды до росинки. 120 удивительных явлений природы"

94 Маленький – это какой? – Размеры пылинок

КОГДА: когда выдастся спокойная минутка

НАМ ПОНАДОБИТСЯ: одноцентовая монета

1. Пыль подводит нас к границе между чем-то и ничем, и возникает вопрос: с какого момента начинается Что-то, а с какого – Ничто? В любом случае, пылинка – самая маленькая частица, которую мы можем разглядеть невооруженным глазом. Какой мерой можно измерить пыль? Одна тысячная метра – это один миллиметр (мм), одна тысячная миллиметра – микрометр (мкм), а одна тысячная микрометра – нанометр (нм). В быту, во всяком случае, мы имеем дело с миллиметрами, а не с микрометрами; с нанометрами мы сталкиваемся только тогда, когда читаем в рекламных проспектах про наночастицы или про нано вообще как символ прогресса. Значит, миллиметр – самая маленькая мера, которую еще более или менее можно разглядеть? Мы недооцениваем свои органы чувств: сфера их действия шире. Микрометровый диапазон еще различим, лишь за пределами этого диапазона наших органов чувств становится недостаточно и приходится прибегать к помощи приборов.

2. Возьми одноцентовую монету (рис. 52). Ее диаметр – 1,6 см. На лицевой стороне монеты, где цифра «1», изображен глобус, на котором видна Европа.

Рис. 52. Одноцентовая монета

3. С обеих сторон этого глобуса шесть звездочек. Диаметр звездочек – полмиллиметра, т. е. 500 мкм. Под каждой звездой есть крошечная выпуклость, которую можно разглядеть, повертев монету на свету. Эту выпуклость можно почувствовать и на ощупь. Я измерял ее прецизионным микроскопом – ее диаметр ровно 54 мкм. Пять сотых миллиметра! Разве не удивительно, что мы способны воспринимать такие крохотные вещи? Правда, благодаря зеркально гладкой поверхности монеты условия восприятия особенно благоприятны. Не всегда такие маленькие предметы можно увидеть.

4. 54 мкм – это почти на границе восприятия человеческого глаза, лежащей в диапазоне приблизительно 10 мкм. Объекты значительно меньшего размера мы не сможем воспринять при всем желании. 54 мкм и так уже перенесли нас в царство пыли! Пылинки по размеру меньше песчинок, т. е. обычно они меньше миллиметра. Типичная пыль измеряется в микрометровом диапазоне. Здесь мы различаем крупную пыль (более 10 мкм) и мелкую пыль (менее 10 мкм). Частицы, размер которых меньше 2,5 мкм, образуют так называемую ультрамелкую пыль. Они возникают в первую очередь в процессе горения, например в отопительных установках или двигателях внутреннего сгорания. Однако и сигаретный дым состоит по большей части из такой мелкой и ультрамелкой пыли. По отдельности его частицы мы не воспринимаем, но то, что они висят в воздухе, заметно по молочной дымке.

95 Увидеть пыль

КОГДА: в солнечные дни – по утрам, днем и по вечерам; в городах зимой после снегопада

1. Пыль почти как пугливый зверек – показывается только в определенное время суток и при определенных погодных условиях. Лучше всего ее видно из комнаты, когда солнце стоит низко, а ты искоса смотришь в его сторону. (Ни в коем случае не смотри прямо на солнце!) На темном фоне тогда возникает бесконечное множество золотых частичек пыли, танцующих в солнечных лучах, – чудесное, умиротворяющее зрелище.

2. Если же ты наблюдаешь за пылью, стоя спиной к солнцу, то с большим трудом сможешь разглядеть отдельные пылинки.

3. Можешь распылить в луче солнца немного дезодоранта – против света капельки видны гораздо лучше, чем на свету. То же самое и с водопадом: если смотреть на него против солнца, мелкие водяные капельки сияют ярче, чем когда солнце светит тебе в спину. Тонкие легкие облачка иногда значительно светлее, если смотришь на них против низко стоящего солнца, а не повернувшись к нему спиной.

4. Если лечь в темной комнате перед яркой лампой так, чтобы поднятые колени закрывали направленную на тебя лампу, то увидишь мелкую-мелкую пыль, которая поднимается над коленями. Потри колени друг о друга – при таком освещении покажется, что от них чуть ли не дым идет. При обычном освещении ничего подобного не увидишь.

5. Пыль (мелкие водяные капельки тоже можно назвать пылью) не является невидимой. Скорее, для нее характерна странная частичная видимость: она похожа на предмет, на который надели шапку-невидимку, но она немного съехала, так что часть предмета осталась на виду. Пыль находится точно на рубеже между видимыми и невидимыми предметами. Она наполовину видима. Только когда пыль кружится между нами и источником света – при условии, что этот свет нас не ослепляет, – только тогда мы можем ее разглядеть.

6. Поэтому в полдень пыль, как правило, невидима. В послеполуденные часы, когда солнце снова опускается, ты можешь еще раз как следует ее рассмотреть – частички пыли, танцующие в лучах заходящего солнца, оказывают особенно гипнотическое воздействие. По утрам пыль на полу и в углах навязчиво лезет в глаза, что, без сомнения, начинает раздражать. Лучше всего дождаться вечера: при искусственном свете лампы под потолком пыль значительно менее заметна; в пасмурные дни при рассеянном свете, проникающем отовсюду, она практически не видна.

7. Особая возможность увидеть пыль в воздухе представляется зимой. Во-первых, зимой много топят – так в городах и деревнях в воздух попадает много пыли. Во-вторых, ветер зимой слабый, весь «соус», как любят называть исследователи аэрозоля[16]16
  Аэрозоль – понятие, которое включает в себя как твердые, так и жидкие частицы в воздухе. Поэтому он соответствует первоначальному значению пыли, так как под пылью раньше подразумевались как капельки, так и твердые частицы.


[Закрыть] объект своих исследований, скапливается в городах и никуда не девается. Слои воздуха стабильны: внизу – холодный загрязненный воздух, сверху – более легкий теплый. Это явление можно иногда наблюдать, когда солнечным январским днем смотришь с возвышения на город или деревню. Коричневатый туманный городской воздух четко отделяется от ясного воздуха над ним. В январе и феврале воздух в наших краях особенно грязный, прежде всего, концентрация мелкой пыли в эти месяцы во многих городах превышает пороговое значение. Когда идет снег, снежинки собирают пыль. Они идеальные пылесборники, поскольку имеют очень большую поверхность и падают медленно-премедленно. (У дождевых капель поверхность, наоборот, совсем ничтожная, и они несутся вниз со скоростью 8 м/с.) Поэтому снег – самый грязный вид атмосферных осадков, хотя и выглядит белым. Если растопить горсть свежевыпавшего снега, часто можно разглядеть множество мелких пылинок. Потри их между пальцами, и ты увидишь, что зачастую это частички сажи: они оставляют тонкие черные полосы. Свежевыпавший снег в городе имеет странный, шерстисто-неприятный, иногда металлический привкус, который, видимо, вызывают сажа и другие вредные вещества. Старый снег на обочинах шоссе часто выглядит ужасно грязным: на нем оседают частицы сажи выхлопных газов.

96 Комки пыли как пылевые фильтры

КОГДА: когда вытираешь пыль или пылесосишь

Я никогда не забуду свой визит в фирму Deutsche Montan Technologie (DMT) в Эссене – горнопромышленную компанию, которая проводила, в том числе, измерения запыленности. В коридоре находилась коллекция разных сортов пыли. Специалист по пыли, который меня сопровождал, указал на стаканчик с пепельно-серой пылью и сказал: «А это бывший руководитель отдела!». При виде моего озадаченного лица он с силой хлопнул меня по спине: «Да я шучу!». Фирма DMT исследовала пылесосы. Мой сопровождающий открыл мне тайну, что далеко не каждый пылесос уменьшает количество пыли в воздухе – некоторые только перераспределяют пыль. «А другие даже сами создают пыль!» – воскликнул он, приблизившись к испытательному стенду. Там, словно в палате интенсивной терапии, лежал пылесос, весь опутанный проводами и шлангами. Он изо всех сил всасывал воздух, а отработанный им воздух анализировался в режиме онлайн. Главный испытатель пылесосов объяснил, что пыль – одно из лучших средств против пыли: «Пыль поглощает пыль!». Когда мешок для сбора пыли пуст, пылесос всасывает сравнительно плохо, хотя и считается «хорошим». Аппетит приходит только во время еды. Поэтому пылесос с наполовину забитым мешком работает, по его словам, намного лучше. Ведь сама пыль удерживает пыль. Этот день стал для меня полным открытий.

Спустя годы – дело было как-то в воскресенье в Аугсбурге, когда мой сынишка прыгал на кровати в спальне, а я, наполовину забравшись под эту кровать, пытался достать закатившийся под нее резиновый мячик, – я наблюдал явление, которое непосредственно иллюстрировало учение о пыли специалиста из Дуйсбурга («Мы произошли от угля!»). Я увидел, как при каждом прыжке моего сына комочки пыли начинали двигаться туда-сюда, как тряпки для вытирания пыли. С каждым прыжком воздух продувал и обдувал эти комки – и подкармливал их новой пылью. Я достал один и наблюдал, что на комках большего размера висели маленькие, а на маленьких – совсем крохотные – казалось, будто они притягивают друг друга; видимо, и комки пыли заряжены статическим электричеством. Вообще комок кажется огромной сетью, трехмерной фильтровальной тканью, улавливающей даже крохотные пылинки.

Я понял, что комок пыли действует по аналогии с пылью в мешке пылесоса. Он притягивает новую пыль и удерживает ее. Когда мне, наконец, удалось рукояткой швабры выгнать мячик из-под кровати, я подумал: может, запатентованные, технически оптимизированные комки пыли стали бы экологичной, энерго– и времясберегающей альтернативой пылесосу? На упаковках было бы написано: «СВЕРХМОЩНЫЕ КОМКИ ПЫЛИ. Забудьте про пылесос!». Эти высокотехнологичные продукты раскладывали бы под кроватями и отопительными батареями – они катались бы в потоке воздуха и отфильтровывали бы всю пыль. После эксплуатации в течение нескольких месяцев или лет некогда белоснежные высокотехнологичные комки пыли величиной с ватный шарик, разложенные под батареями, кроватями и шкафами, превращались бы в косматых серых чудовищ, неспособных пошевелиться от пыли. Тогда бы их собирали и заменяли.

97 Комочки пыли

ГДЕ: на кухне

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: молотый перец (сладкий), сосуд (лучше всего пустая банка из-под арахиса, но высокий стакан тоже подойдет)

1. Если присмотреться внимательнее к сахарной пудре или крахмалу в кухне и немного потрясти их, мы обнаружим следующее: после встряхивания поверхность не становится гладкой, как можно было бы подумать, а наоборот, образуются мелкие комочки.

2. Можешь исследовать это более детально, насыпав в стакан молотого перца и слегка постучав по нему карандашом или ложкой. На поверхности образуются мелкие комочки, которые увеличиваются или уменьшаются в зависимости от того, держишь ли ты стакан под наклоном или прямо, а также в зависимости от того, как ты встряхиваешь и стучишь. Этот бодрый мир комков и комочков может практически исчезнуть от одного удара – если ты сильно стукнешь стаканом по столу. Поверхность пыли снова станет идеально гладкой – как будто ничего и не было. Если ты добавишь в стакан две-три капли воды и покрутишь его, в нем образуются оформленные шарики, которые, когда высохнут, останутся на удивление прочными.

3. Это еще раз доказывает, что пыль вовсе не такая уж бесформенная и «мертвая». Нужно лишь немного подтолкнуть ее, и вот уже она принимает удивительнейшие формы и начинает странно себя вести. Повседневные вещи хранят в себе тайны!

4. Похожие комочки образуются и в природе, а именно во время плиниевых извержений вулкана. Плиниевыми они называются потому, что римский сенатор и писатель Плиний Младший впервые описал такое извержение вулкана Везувия, во время которого погиб его дядя Плиний Старший. Во время плиниевых извержений образуется огромное облако пыли, пронизываемое молниями. В этом облаке кружатся вверх и вниз частицы, они заряжаются статическим электричеством и притягивают другие частицы. При наличии небольшого количества влаги могут возникнуть комочки величиной с мячик. За счет некоторого количества влаги – а в вулканических пылевых облаках ее часто содержится с избытком – эти мячики еще больше уплотняются и падают вниз. Нередко эти комочки бывают настолько прочными, что на них при падении самое большее появляются вмятинки, в остальном же они нисколько не страдают. Специалисты называют эти шарики «аккреционные лапилли». Бывают даже окаменевшие лапилли, свидетельствующие о доисторических извержениях вулканов, в некоторых местах они встречаются в таких количествах, что эти комочки выкапывают экскаватором и кидают в стиральные машины, чтобы придать джинсам потертый вид. В Хемнице, где 260 миллионов лет назад произошло сильнейшее извержение вулкана, в результате которого весь хвощовый лес вместе с его гигантскими стрекозами и амфибиями оказался погребен в пыли, я и сам собирал такие лапилли – довольно симпатичные. Мне говорили, что еще их можно найти в Помпеях, близ Нёрдлингенского Риса (метеоритного кратера в Баварии) и якобы на Марсе.

98 Услышать пыль

КОГДА: когда выдастся спокойная минутка

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: щепотка мелкой пыли (в крайнем случае, щепотка молотого перца), лист бумаги

1. Казалось бы, пыль падает совершенно бесшумно. Однако ее падение можно сделать слышимым. Ляг на бок и накрой ухо листом бумаги (рис. 53).

2. Теперь одной рукой высыпь на бумагу щепотку мелкой-мелкой пыли. Столкновение частиц хорошо слышно. Так же можно услышать топот муравьев или пауков.

Рис. 53. Слушаем пыль

99 Устройство мира пыли

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: рафинад, газета, лист бумаги

1. Как мы уже выяснили, в мире крошечных предметов площадь важнее массы и силы тяжести. Следующий эксперимент позволит нам в этом убедиться. Для опыта потребуется одна-две упаковки рафинада – лучше всего разложить рафинад на газете. Это не обязательно должен быть рафинад – можешь использовать и другие кубики.

2. Сооруди из маленьких кубиков кубики побольше с длиной ребра в два, три, четыре, пять или шесть кубиков. Занеси в таблицу общую площадь получившихся больших кубиков (измеряется числом видимых поверхностей кубиков), массу (измеряется числом используемых кубиков) и длину ребра.

3. Вскоре окажется, что площадь и масса шагают не в ногу. Масса увеличивается намного быстрее, чем площадь. Из этого вытекает одно важное следствие: чем больше предметы, тем сильнее их физические свойства зависят от массы. В какой-то момент сила тяжести становится определяющей величиной. Для крупных существ она гораздо опаснее, чем для мелких. Землеройка может спрыгнуть с высоты трех метров и остаться целой и невредимой. Человек при этом заработал бы, по меньшей мере, вывих, а для слона такой прыжок мог бы оказаться смертельным.

4. И наоборот – этот эксперимент с рафинадом показывает, что если измельчить кубики, масса убывает гораздо быстрее, чем площадь. Поэтому сила тяжести превращается для маленьких частиц и очень мелких зверьков в пренебрежимо малую величину. Зато поверхностные силы, особенно электростатическая сила и поверхностное напряжение, приобретают для них большее значение. Для людей, мышей и лошадей это не проблема, а вот для мух – да. Если муха хочет попить, она подвергается серьезной опасности – как человек, склонившийся над обрывом. Если мухой завладеют поверхностные силы, запросто может случиться так, что она больше не выберется и утонет. Возможно, именно по этой причине у многих насекомых есть хоботок, с помощью которого они держатся на безопасном расстоянии от таящего в себе угрозу источника воды или пищи.

100 Почему пыль летает?

ГДЕ: перед мусорным ведром

НАМ ПОНАДОБИТСЯ: бумажный носовой платок

1. Если развернуть и бросить бумажный носовой платок, он медленно спланирует на землю; если же ты его скомкаешь, как обычно поступают, когда хотят его выбросить, он полетит вниз довольно быстро и целеустремленно.

2. Диаметр скомканного носового платка составляет около 4 см, а его радиус r (половина диаметра) – соответственно 2 см. Есть формула, по которой, зная радиус шара, можно рассчитать его площадь. Согласно этой формуле, площадь A = 4πr² (π – число пи, равное приблизительно 3,14). Если подставить в эту формулу радиус платка, получится примерно 48 см².

3. Если же ты расстелешь платок, то площадь каждой его стороны составит 20 × 20 = 400 см². Если пренебречь боковыми поверхностями, то вместе получится 800 см²! Вес носового платка не изменился. Изменилось отношение площади к весу. Поэтому скомканный носовой платок ведет себя иначе, чем разложенный. И компактный комок тоже ведет себя не так, как порошок!

101 Липкая пыль

ГДЕ: на кухне

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: воздушный шар, соль и перец, мисочка масла

1. Существуют различные приемы, позволяющие очистить воздух от пыли. Можно пропустить воздух через волокнистый фильтр или мелкопористую бумагу, а можно вывести пыль электростатическим методом. Как этот метод действует, ты можешь увидеть на примере простого эксперимента с воздушным шаром (пластмассовая ложка тоже подойдет). Потри воздушный шар шерстяной тканью (например, свитером). От трения воздушный шар заряжается электричеством: он притягивает волосы, если подержать его над головой, и мелкие клочки бумаги. Воздушный шар создает неоднородное электрическое поле, которое приводит к смещению зарядов клочков бумаги. Если электростатическая сила, притягивающая клочки бумаги к воздушному шару, больше силы тяжести, то клочки «подлетают» к шару. Смешай соль с молотым перцем и поднеси заряженный трением воздушный шар к этой смеси. Молотый перец легче, чем кристаллы соли, поэтому он первым взлетит к воздушному шару. Однако полностью разделить смесь таким способом невозможно.

2. Наполни мисочку любым маслом и поднеси к ней воздушный шар, который ты перед этим зарядил трением о шерстяную или флисовую ткань. Когда шар окажется на определенном расстоянии от мисочки, мелкие капельки масла «запрыгнут» на него. Электростатические сепараторы такого типа широко используются в промышленности, а также на фабриках-кухнях.

102 Величайшая глупость

ГДЕ: на полу

НАМ ПОНАДОБИТСЯ: совок для мусора

1. «Ничто не дает такого представления о бесконечности, как глупость», – писал Эден фон Хорват в «Сказках венского леса». Поскольку пыль лучше всего позволяет ощутить бесконечность, можно сделать вывод, что пыль – самая большая глупость.

2. Когда пытаешься замести пыль на совок, замечаешь остаток. Начинаешь снова заметать его – уже с другой, противоположной стороны – и снова остается остаток. Как ни расположишь совок, все комки и отдельные пылинки на него никак не загонишь. Всегда что-то остается. Как мы тогда поступаем? Просто разравниваем его половой тряпкой и объявляем, что теперь «все чисто».

103 Пылящие растения

КОГДА: весной

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: солнечные очки

1. Не только человек производит пыль в различных целях: растения тоже пылят – в целях размножения.

2. Сезон пыления начинается в марте, когда цветут березы, за ними в конце апреля следуют ели. Их светло-желтую пыльцу можно часто увидеть по краям луж, а когда солнечно и сухо, достаточно лишь дотронуться до тычинки, как с нее густым облаком посыплется пыльца. Если в этот период, находясь рядом с елью, ты снимешь солнечные очки, то вскоре заметишь на темном стекле светлые точки – еловую пыльцу. У нее особая форма, составить представление о которой можно, вооружившись лупой: справа и слева у пылинок наполненные воздухом летательные мешки – эта конструкция помогает им преодолевать большие расстояния.

3. В июне начинают цвести травы и злаки – их пыльца причиняет особенно много неприятностей аллергикам.

104 Опыляющие растения

ГДЕ И КОГДА: в апреле или мае рядом с цветущей магонией (это такой кустарник, который растет во многих садах. У него темно-зеленые кожистые листья с колючками, весной – мелкие желтые цветы, а осенью – синие ягоды с темно-фиолетовым соком)

НАМ ПОНАДОБИТСЯ: иголка или тонкая острая травинка

1. Многие растения не полагаются на авось и не доверяют свою пыльцу ветру, а используют гонцов – насекомых. Опускаясь на цветок, насекомые измазывают в пыльце бока или ножки. А два кустарника, которые часто сажают в садах, – магония и барбарис (рис. 54) – пошли еще дальше: их цветки активно двигаются, осыпая насекомых пыльцой.

2. Когда насекомое заползает в цветок и касается внутренней стороны тычинок, те в доли секунды откидываются внутрь и вдавливают пыльцу в спину насекомого.

3. Возьми иголку или травинку и ткни ею в мелкий желтый цветок магонии. Тычинки среагируют на этот раздражитель и вымажут травинку (или иголку) пыльцой. Это одно из самых быстрых движений, которые только можно наблюдать в царстве растений.

Рис. 54. Магония и барбарис

105 Как растения избавляются от пыльцы

ГДЕ И КОГДА: в саду весной, летом или осенью

НАМ ПОНАДОБЯТСЯ: несколько листиков настурции, кисточка, немного мелкопорошковой пыли (например, пыль с обочины дороги, молотый перец или лечебная грязь из магазина косметических и гигиенических средств), распылитель

1. Насколько щедро растения разбрасывают пыльцу со своих цветков, настолько же неохотно они ее терпят на своих листьях. Ведь каждая пылинка отбрасывает тень и мешает растению заниматься фотосинтезом, т. е. превращать сахар в энергию. Кроме того, ветер приносит вместе с мелкой пылью грибные споры, которые как по мановению руки превращаются в грибы-паразиты. Как растение избавляется от пыли? Поскольку у него нет рук, чтобы отряхнуться, многие растения обладают так называемой самоочищающейся поверхностью. Она состоит из крошечных восковых кристалликов, которые распределены по поверхности как шишечки, препятствующие прилипанию воды или пыли. Благодаря этому контактная поверхность между листом и каплей воды крайне мала; капли отталкиваются от поверхности, практически не оставляя следов. Боннский ботаник Вильгельм Бартлотт исследовал принцип действия этих поверхностей на примере лотоса, поэтому этот эффект называется эффектом лотоса. В Азии лотос за безупречную чистоту листьев почитают священным растением, некоторые мастера дзен посвятили ему стихи и трактаты. Однако лотос – не единственное растение с самоочищающейся поверхностью. Многие луговые растения: большинство видов трав, клевер, бедренец, водосбор и другие – тоже обладают эффектом лотоса. Для изучения эффекта лотоса лучше всего подходит настурция. Ее легко вырастить из семечка, она прилежно отращивает довольно крупные листья, и у всех у них самоочищающаяся поверхность. Вот несколько экспериментов, которые ты можешь провести с настурцией.

2. Побрызгай распылителем, которым обычно пользуются при глажке белья, лист настурции: тебе не удастся намочить лист. Капельки скатываются, как ртуть. Если погрузить лист в воду, вокруг него образуется серебристая воздушная оболочка.

3. Посыпь лист небольшим количеством мелкой пыли, а затем побрызгай его водой. Ты обнаружишь, что капельки воды до некоторой степени собирают пыль и скатываются вместе с ней. Грязь приклеивается сильнее к воде, чем к листу, поэтому капельки воды ее уносят. Небольшого тумана уже достаточно растению, чтобы благодаря особой структуре поверхности снова очиститься.

4. Слегка потри лист в одном месте и снова побрызгай его водой: вода прилипнет к этому месту. Структура поверхности, способствующая самоочищению, разрушена. В этом заключается одна из проблем, препятствующих технической имитации эффекта лотоса. Поверхности довольно чувствительны к прикосновению.