Почему же, почему?..

? Когда я медленно вхожу в воду, она кажется мне холоднее, когда достигает уровня купальника или низа живота. Почему?

Ответ 1. На самом деле мы реагируем на разницу между нашей температурой и температурой тела, к которому прикасаемся. Возьмите три ведра, одно из них заполните очень холодной водой, второе – слегка тёплой, а третье – очень горячей, но не обжигающей. Одновременно опустите левую руку в ведро с очень холодной водой, а правую – в ведро с очень горячей и подержите их там около 30 с. После этого обе руки погрузите в ведро со слегка тёплой водой, и вы наверняка сразу почувствуете, что левая рука воспринимает эту воду как горячую, а правая – как холодную. Таким образом, поставленный вопрос надо перефразировать так: почему разница температур между животом и морской водой больше, чем между ногами и той же водой? Или почему температура живота выше температуры ног? По-видимому, можно утверждать, что температура живота более высокая из-за пищеварительных процессов в желудке и кишечнике, проходящих с выделением тепла в течение длительного времени после приёма пищи. Поэтому температура кожи в области живота несколько выше, и когда вода достигает уровня купальника, она кажется более холодной.

Ответ 2. Окружающая среда охлаждает кожу, в результате чего мы теряем часть тепла нашего тела. Поэтому температура кожи всегда ниже температуры внутренних органов – сердца, печени и желудка. Чтобы уменьшить потери тепла через кожу конечностей, природа использует там противоточную систему теплообмена: артерии, несущие кровь в конечность, расположены вблизи вен, по которым кровь идёт обратно в туловище. Поэтому тёплая артериальная кровь, идущая в конечность, охлаждается более прохладной венозной кровью, текущей рядом по венам в противоположном направлении. В результате кожа наших рук и ног всегда холоднее кожи туловища. Купальный костюм делает кожу живота ещё более тёплой, и когда вода достигает уровня нижней части живота, нам она кажется очень холодной, и мы испытываем чувство дискомфорта.

New Scientist, 18Nov2006, p. 83

? Какую максимальную скорость может развить велосипедист на Земле и Луне? Можно ли взлететь с Луны на велосипеде?

Ответ. На Земле при езде по горизонтальной дороге велосипедист преодолевает две силы. Одна из них – сила трения качения, пропорциональная силе тяжести (c₁mg), а другая – сила сопротивления воздуха, пропорциональная произведению площади поперечного сечения велосипедиста и велосипеда S, плотности воздуха r и квадрату скорости v движения . Обычно при езде со скоростью 15 км/ч эти две силы становятся равными, и, чтобы увеличить скорость, необходимо уменьшить силу сопротивления воздуха. Сделать это можно, например, конструируя велосипеды очень обтекаемой формы, что позволяет уменьшить аэродинамический коэффициент сопротивления c₂ до 0,1. На таком обтекаемом велосипеде и был установлен рекорд скорости 130 км/ч. Велосипедист может значительно уменьшить скорость сопротивления воздуха, если пристроится за впереди идущим автомобилем. Так был установлен рекорд 268 км/ч. Чтобы ещё увеличить скорость велосипеда, необходимо уменьшить силу трения качения. Сделать это можно, например, на Луне.

Пусть максимальная мощность, которую может развить велосипедист, составляет 750 Вт, а его масса с велосипедом 100 кг. Если считать, что на Луне с₁ = 0,0045, что типично для велосипедных колёс на Земле, и g = 1,62 м/с², то, приравнивая работу велосипедиста к работе силы трения качения, получаем с₁mg = 750 Вт, откуда = 3700 км/ч. Таким образом, скорость велосипедиста на Луне может более чем в 3 раза превышать скорость звука на Земле, но звуковой барьер преодолевать не придётся, т.к. атмосферы там нет. Однако двигаться с большей скоростью по Луне довольно-таки опасно, т.к. 3700 км/ч – это половина второй космической скорости для Луны…

Europhysics News, 2006, 37, № 4, p. 17

? Когда мы открыли только что вынутую из холодильника литровую бутылку газировки, то примерно через 8 мин почти вся вода в ней превратилась в лёд: сначала вода замёрзла в верхней части, а потом медленно промёрзла до дна. Почему?

Ответ 1. Температура замерзания воды понижается, если в ней есть примеси: молекулы растворённого вещества, взаимодействуя с молекулами воды, мешают им образовывать лёд. Поэтому зимой и посыпают дороги солью. То же самое происходит, когда в воде под давлением растворяют углекислый газ. При этом газированная вода в закрытой бутылке остаётся жидкой и при температуре гораздо ниже 0 °С. Но если такую бутылку открыть, то углекислый газ начнёт выходить, и вода замёрзнет.

Ответ 2. Можно указать три причины. Первая – это избыточное давление. Так как плотность льда меньше плотности воды, то избыточное давление в бутылке понижает температуру замерзания воды, она может оказаться переохлаждённой, и тогда при открывании бутылки замёрзнет. (Этот эффект ничтожен: понижение на 1 °С температуры замерзания воды требует избыточного давления около 130 атм. – Ред.) Вторая причина – адиабатическое расширение углекислого газа при открывании бутылки, в результате чего он совершает работу и охлаждается. Третья причина – присутствие ядер кристаллизации. Негазированную чистую воду можно охладить ниже её точки замерзания, если в ней отсутствуют ядра кристаллизации, вокруг которых и начинается образование кристаллов льда. Когда бутылку с газированной водой открывают, появляющиеся пузырьки газа служат такими ядрами, провоцирующими замерзание переохлаждённой воды. Эта причина кажется наиболее важной. Распространение кристаллизации сверху вниз объясняется тем, что сначала пузырьки газа – ядра кристаллизации – образуются около горлышка бутылки, откуда процесс замерзания воды быстро начинает двигаться вниз, ко дну бутылки.

New Scientist, 03Jun2000, р. 101

Подборка и пер. с англ.
К.Ю.БОГДАНОВА