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

Центростремительная сила возникает из-за трения между шинами автомобиля и дорогой. Вам может казаться, что у вас на машине стоит широкая и мощная резина, которая хорошо сцепляется с дорогой, но помните, что на самом деле в любой момент с дорожным покрытием соприкасается только небольшой участок шины, размером не больше подошвы вашего ботинка. Подумайте об этом в следующий раз, когда будете торопиться домой, чтобы уложить детей спать. Порой расстояние между жизнью и смертью – всего лишь четыре подошвы ваших ботинок[64].

Какие силы удерживают машину в повороте? Существует простое уравнение, чтобы рассчитать силы, заставляющие объект двигаться по кругу. Если масса вашей машины около 1,5 т, а вы едете со скоростью 100 км/ч, то на некрутом повороте на нее будет действовать сила порядка 10 000 Н. Если вернуться к табл. 1, то мы увидим, что это сила укуса челюстей крокодила. Так что удерживать вас на дороге в этом случае будет одна крокодило-сила.

Хорошие набойки на каблуках

Почему автомобильные шины не изнашиваются так быстро? Потому что при нормальной эксплуатации и аккуратной езде они практически не прокручиваются на асфальте. В движении колёса вращаются на осях. Здесь и возникает основное трение. Резина же «схватывает» дорогу. Она почти о нее не трется. Шины автомобиля работают так же, как траки танка. Когда танк двигается вперед, траки ложатся на дорогу впереди катков, а затем убираются вверх позади них. С авторезиной происходит то же самое, только она надета на металлическое колесо. Она касается дороги перед металлическим колесом и уходит вверх после него. Если вы не будете резко тормозить и ездить юзом, ваши шины не будут истираться быстро. Если вы ездите аккуратно и не очень шустро, то никогда не «поскользнетесь» и ваши шины будут долго сохранять хорошее сцепление с дорогой.

Глава 6. Липкое дело

Из этой главы вы узнаете…

Как некоторые виды клеев тайно работают на электричестве.

Почему стикеры Post-it приклеиваются несколько раз.

Как наука может научить вас перестать поскальзываться на льду.

Почему полы скользкие, когда мокрые.

Клеить или не клеить – вот в чем вопрос. Как ни странно, его мы задаем себе тысячами разных способов каждый день. Вы можете не пользоваться клеем часто. Вы можете даже не иметь его дома. Но всё, что вы делаете, подразумевает либо склеивание предметов, либо допущение их скольжения друг по другу. С каждым вашим вдохом невидимый глазу газ через огромное количество живых трубок проскальзывает в ваш организм, не задерживаясь по пути. То же происходит с пищей и жидкостями, которые вы глотаете. Вы можете подняться по лестнице благодаря тому, что «прилипаете» (на очень короткое время) к ковролиновому покрытию или деревянным брускам паркета. И мы еще не начали обсуждать очевидные явления вроде собственно клея или того, почему он прочно удерживает марку на конверте. В большинстве случаев разницу в прилипании и скольжении поверхностей мы видим только тогда, когда результат неудачен: клейкие предметы скользят по другим поверхностям, а скользкие на них удерживаются. Объявление «Внимание, мокрый пол» в супермаркете, свисающие лохмотья обоев или картонные подложки под бокалы с пивом, которые приклеиваются к их дну, – типичные напоминания о том, как сильно мы зависим от научных объяснений эффекта прилипания и скольжения в быту.

Почему вещи прилипают друг к другу?

Маленький смешной магнитик прилипает к вашему холодильнику под действием невидимой силы – магнитного поля, которое скрепляет металлы. Там и в помине нет никакого клея. То же относится к любому виду прилипания, независимо от того, есть там клей или нет. Если предметы приклеиваются друг к другу, между ними действуют силы, их соединяющие. Если предметы не склеиваются или скользят друг по другу, те же силы присутствуют, но слишком незначительны, чтобы связать вещи друг с другом.

Допустим, вы хотите поклеить в своем доме очень красивые, но довольно тяжелые обои. А они не прилипают к стене и, скручиваясь, падают вниз. Что происходит? Незамысловатая схватка между силой земного тяготения (которая тянет обои вниз и отрывает от стены) и клеем (который и создает силу, удерживающую их на стене). Звучит просто, но, по сути, мы имеем дело с тремя разными силами, которые удерживают обои на стене. Клей должен лечь ровным слоем на бумагу и удерживаться на ней. Открытой стороной он должен присоединиться к стене. Кроме того – что не так заметно невооруженному глазу, – молекулы клея должны соединиться сами с собой. Когда обои отлипают от стены, вы видите на них остатки клея. Дело в том, что клей пристает к обоям и стене, но не склеивается сам. Другой пример подобного явления – когда вы делаете себе бутерброд с джемом, а потом разрываете кусочек хлеба надвое. При этом клей – джем – падает первым, потому что он не может сам с собой склеиться с такой силой, с которой он держится на хлебе.

Молекулярное сцепление и молекулярное притяжение

Если мы посмотрим на ситуацию более внимательно, то увидим, что вместо трех сил прилипания на самом деле действуют только две: вещи либо слипаются между собой, либо прилипают к другим вещам. Мы называем эти виды сил силами сцепления или силами притяжения. Мы называем клеи «адгезивами» (от англ. adhesive – притягивающие другие тела). Но на самом деле каждый хороший клей должен быть и хорошим «когезивом» (от англ. cohesive – сцепляющий), то есть крепко сцеплять молекулы самого клея друг с другом. Точнее клеи можно назвать «адгезивно-когезивными адгезивами», чтобы подчеркнуть тройственность их эффекта.

Вода – один из замечательных и лучше всего знакомых нам примеров работы сил сцепления и притяжения. В ней работают серьезные силы сцепления, поэтому она так легко собирается в массы. Дождь падает в виде капель, потому что молекулы воды крепко сцепляются между собой. Возникает вопрос: почему же тогда дождь не собирается в единую гигантскую каплю? Ответ в том, что большие капли неустойчивы. Столкновения между ними и трение о воздух при падении разделяют их на маленькие капли, поэтому обычно они не превышают в диаметре 5 мм[65]. Вообще вода по своим свойствам скорее когезивная (сцепляющая), чем адгезивная (притягивающая). Именно поэтому вы можете видеть каплю воды у себя на ладони или на листе пальмы. В дождливый день, когда дождь стучит в окно, можно заметить, как капли стекают по внешней поверхности стекла ручейками с определенными руслами. Дело в том, что молекулы воды сцепляются между собой. Каждая новая капля стремится соединиться со своими предшественницами, а не пробивать себе отдельное русло. Молекулы воды так хорошо сцепляются друг с другом и так плохо с другими веществами, что дома мы вынуждены применять специальные химические вещества, которые помогают наносить ее на поверхности ровным слоем или увлажнять вещи целиком. Мы вернемся к этому в главе 17, когда будем изучать, почему вода так хорошо очищает вещи от грязи.