Книга Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд

Пара слов о сферических коровах

Сферические коровы? Секундочку, я все объясню. Закон сохранения энергии может представляться научным эквивалентом идеального банковского счета, но сводить в нем доходы и расходы совсем не так просто, как я до этого вам показывал. Наука может быть таким же сумасшествием, как и реальная жизнь. Как ваш бюджет может быть сведен к нулю множеством мелких плат, так и та полезная энергия, которая попадает к нам, постепенно исчезает множеством не приносящих пользу способов. Иными словами, мы почти всё делаем крайне неэффективно. Затрачивается гораздо больше энергии, чем подсказывает нам чистая наука.

Когда вы проглатываете шоколадное печенье, содержащаяся в нем энергия не потребляется вашим организмом моментально, чтобы тут же превратиться в соответствующее количество потенциальной энергии. Как мы покажем в главе 14, большая часть той энергии, которую мы поглощаем с едой, «теряется при переводе». Только около 20 % ее могут помочь нам совершить то, что ученые называют «полезной механической работой» (вроде восхождения по лестнице). Плюс в том, что мы можем потворствовать своей любви к шоколадному печенью, не испытывая особого стыда. Минус, как мы увидим в главе 5, состоит в том, что теми же причинами объясняется дороговизна содержания наших автомобилей: только 15 % энергии, которую мы заливаем в их баки, реально расходуется на движение.

Реальная жизнь обычно гораздо запутаннее научных теорий. И это подтверждается всеми моими упрощенными примерами. Если вы попытаетесь вскипятить себе кружку воды для кофе, бешено болтая в ней ложкой, то никогда не добьетесь нужного результата, сколько бы ни старались. Тепло будет исчезать из кружки с такой же скоростью, с какой вы его добавляете. Вода не согреется. Хомячки, бегущие в колесах, которые подключены к динамо-машинам, тоже оставили бы нас без кофе: грызуны устанут бежать задолго до того, как вода запузырится и закипит. Пылесосы с мощностью мотора в 1000 Вт никогда не создадут мощность всасывания, также равную 1000 Вт. Значительная часть электрической энергии, поступающей в их моторы через кабель, теряется в тепле и шуме, выделяемых двигателем.

Если бы ученые разменивались на мельчайшие детали рассматриваемых проблем, они никогда не продвинулись бы вперед в главном. Поэтому тактика «округления» ответов на загадки природы очень важна. Но важно не допускать и профанации. Как мудро заметил однажды Альберт Эйнштейн: «Наука должна быть по возможности простой, но не проще того». Отсюда известная шутка: что произойдет, если вы соберете со всего мира известных ученых и зададите им по-настоящему практический вопрос, например, как увеличить производство молока? Они несколько дней почешут головы, еще несколько дней будут набрасывать на досках свои замысловатые формулы, а потом заявят, что их способ применим только к сферическим коровам, парящим в вакууме.

Глава 3. Супергерои

Из этой главы вы узнаете…

Как ваши пальцы на руках и ногах объясняют секрет работы колеса.

Сможете ли вы сжечь свой дом с помощью электродрели.

Что общего между кухонными ножами и клюшками для гольфа.

Какой длины рычаг нужен для того, чтобы перевернуть Землю.

Вы вряд ли ощущаете себя супергероем. Но вы как раз супергерой. Вы можете рушить стены, пробивать отверстия в кирпичной кладке и поднимать автомашину голыми руками. Как? Конечно, не с помощью вашего слабого тела, а с использованием научных трюков, «упакованных» в домашний инструмент вроде молотков, гвоздодеров и отверток, а также более сложную технику: кофемолки, стиральные машины, пневматические ключи и моющие аппараты высокого давления.

Человеческая машина

За исключением редких моментов, когда мы повреждаем или даже ломаем кости, мы не задумываемся о нашем скелете – костной структуре, которая прикрыта кожей. Мы стараемся обойтись без напоминаний о нашей смертности. «С глаз долой, из сердца вон». Это выражение дважды истинно для тех белых формирований и трубок в нашем организме, существование которых мы принимаем как должное. Причем наш скелет не является подобием тех невидимых железных каркасов, которые держат небоскребы. Он не только несет на себе наш вес, но и помогает увеличивать силу наших мышц так, что мы можем ходить, бегать, поднимать тяжести и вообще делать всё, что должны. В общем, наш скелет – машина, спрятанная внутри нас.

В быту мы ассоциируем понятие «машина» с кранами, бульдозерами и разного рода двигателями или роботизированными конвейерами, на которых машины шьют одежду или сваривают корпуса автомобилей. В науке же машины выглядят проще. И мы можем называть их именно так. Простая машина – любое приспособление, которое увеличивает нашу силу: от крошечной чайной ложечки до скрипучей тачки, от шариковой ручки до отвертки. Наши тела – тоже простые машины, потому что наш скелет гораздо эффективнее, чем веревочки и ниточки безжизненных марионеток. Почти каждая кость и сустав в нашем теле работают как составляющие рычага: пальцы, руки, ноги и т. д. Наша жизнь основана на действии рычагов, и если оставить в стороне мозг и кровь, то люди – прежде всего простые машины.

Загляните в ближайший хозяйственный магазин. Вы найдете там сотни инструментов и приспособлений, которые можно подразделить на три или четыре вида. В основе каждого находится либо рычаг, либо колесо, либо клин. Всё это простые машины. Тачки, например, построены на принципе рычага. Но на нем же построено и колесо, и передачи, и различные блоки и шкивы. Кухонные ножи и стамески работают так же, как наклонные плоскости, по которым вы поднимаетесь и спускаетесь. Так же работают и шурупы. Всё множество задач, для выполнения которых мы используем инструменты, может быть объяснено всего лишь десятком научных идей.

Почему мы верим в рычаги?

Архимед (лысеющий бородатый древний грек, который стал одним из основателей современной науки) однажды заявил, что если бы ему дали достаточно длинный рычаг, то он смог бы перевернуть Землю. (По моим расчетам, такой рычаг должен был бы иметь длину 80 квинтиллионов километров, или 500 млрд расстояний от Земли до Солнца[35].) Рычаг – прародитель всех машин: большинство инструментов и приспособлений в той или иной степени используют рычаги разных видов. В принципе рычаг – стержень, который имеет с одного конца точку опоры. Им может быть обычный лом. Чем больше расстояние от точки опоры до конца рычага, тем больше он увеличивает приложенную к нему силу. Иногда это могут быть даже вызывающие улыбку невероятные величины. Отсюда и логика Архимеда, который хотел перевернуть с помощью рычага планету. В быту мы обычно сталкиваемся с более понятными принципами рычага, например когда открываем дверь или завинчиваем крышку на банке с джемом. Различные инструментальные и гаечные ключи, а также ломы и ломики – самые наглядные образцы рычагов. Но работа различных дверных и прочих ручек, выключателей и даже рулонов бумажных полотенец тоже основана на принципе рычага.