ЛитМир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

Боб Лэдд (Эдинбург, Великобритания)

Только мокрый снег, в котором содержится до 50 % воды в жидком состоянии, хорошо лепится в снежки. А чтобы снег оставался мокрым, температура воздуха должна быть около 0°C. В 1842 году Майкл Фарадей высказал предположение, что ледяные частички мокрого снега покрыты тонкой пленкой воды, благодаря которой снежинки и склеиваются друг с другом. Он подвесил в ванне с замерзающей водой два кубика льда, доказывая на опыте, что эти кубики склеиваются друг с другом при одном лишь соприкосновении. Лорд Кельвин предложил другое объяснение. При сдавливании снежков точки поверхностей ледяных кристаллов вступают в контакт. Давление ладоней человека невелико, но в местах соприкосновения точек поверхности кристаллов оно может быть достаточно сильным и вызвать таяние. Как только давление ослабевает, вода опять замерзает. Но для утрамбовки более холодного снега сила давления должна быть большей. Теперь нам больше известно о природе поверхности веществ. Молекулы воды на поверхности ледяных частиц ни к чему не привязаны со стороны воздушной зоны, поэтому они обладают избытком энергии. Этой избыточной энергии может стать меньше, если две поверхности вступят в контакт, как это продемонстрировал Фарадей. Но если бы дело было только в этом, мы могли бы лепить снежки при температуре воздуха намного ниже 0°C. При очень низких температурах снежинки, имеющие разные формы и размеры, плотно не сцепляются. Однако при температуре воздуха близкой к 0°C отдельные молекулы воды становятся более мобильными и, перемещаясь по поверхности, заполняют щели между кристаллами, как бы связывая снежинки. Если площадь соприкосновения между снежинками больше, они связываются быстрее.

Майкл Фоллоуз (Уилленхолл, Великобритания)

Какой курс, капитан?

В романе «Моbу Dick» на деревянное китобойное судно, находившееся в море к юго-востоку от Японии, обрушивается тайфун. Гром, молния, огни святого Эльма. По утверждению автора романа Германа Мелвилла, «в такие свирепые штормы… нередко приходится замечать, что стрелки корабельных компасов вдруг начинают описывать круг за кругом». Или порой, когда в оснастку ударяет молния, компас и вовсе размагничивается. Правда это или вымысел? Если правда, почему это происходит?

Алан Слоун (Бакстон, Великобритания)

Утверждение Мелвилла абсолютно верно. Молнии характеризуются токами высокой мощности, порождающими сильные магнитные поля. Эти поля с легкостью перенамагничивают обнаженные высококоэрцитивные (устойчивые к воздействию магнитного поля) породы. За счет намагничивания горных пород возникают токи силой более 10 000 А. Образовавшиеся магнитные поля могут легко размагнитить компас или изменить его полярность.

Алан Рид (Лидс, Великобритания)

В результате движения электрического поля образуется магнитное поле, и такой мощный электрический разряд, как молния, вполне может размагнитить стрелку компаса или изменить ее полярность. Ваш корреспондент забыл упомянуть, что капитан Ахав смастерил новый компас, ударив мушкелем по парусной игле и таким образом намагнитив ее. Это не выдумка. Я и сам не раз демонстрировал это явление, случайно роняя дорогой пинцет для работы с образцами металлов. От удара при падении пинцет намагничивался. Ферромагнетики состоят из микроскопических магнитных доменов, которые могут быть ориентированы в произвольных направлениях таким образом, что результирующая намагниченность ферромагнитного образца равна нулю. При выстраивании доменов более или менее в одном и том же направлении материал становится намагниченным. В некоторых случаях материал намагничивается от резкого сильного удара, при котором передается энергия.

Роджер Ристо (Институт материаловедения Университета штата Коннектикут, Сторрс, США)

Ледяные узоры

Иногда холодным утром замечаешь, что окна домов и машин покрыты морозным узором в форме листьев, папоротника и ветвей. Как это происходит?

Боб Кларк (Нью-Майнас, Канада)

Разукрашенные морозом окна спален по утрам — это уже дело прошлого благодаря центральному отоплению и изоляционным свойствам окон с двойным остеклением. Но если у вас до сих пор окна с одинарным остеклением, тогда, проснувшись зимним утром, вместо улицы вы увидите папоротникообразные узоры на стекле. В морозную ночь оконное стекло очень быстро теряет тепло, охлаждая молекулы водяного пара в воздухе помещения возле окна. Температура молекул воды в воздухе может упасть ниже точки замерзания, но сами молекулы при этом не замерзнут. Однако при соприкосновении с холодным стеклом этот переохлажденный водяной пар мгновенно, минуя стадию воды, превращается в лед. Из молекул, скопившихся в крошечных царапинах на стекле, формируется затравочный кристалл, из которого затем произрастают замысловатые узоры. Если взглянуть на этот кристалл с очень близкого расстояния, можно заметить множество химических связей, отходящих от точек его поверхности. Молекулы водяного пара цепляются за эти химические связи, и кристаллы быстро растут. Структура замысловатых разветвлений зависит от температуры и влажности воздуха, а также от степени гладкости и чистоты стекла. Если воздух сухой, молекулы воды медленно конденсируются из воздуха, группируясь в устойчивые шестигранники. Шесть прямых относительно гладких граней этих кристаллов имеют очень мало свободных связей, так что молекулам воды почти не за что зацепиться. Узоры в виде перьев, как правило, формируются на чистых оконных стеклах, когда воздух насыщен молекулами воды. В этих условиях большое количество молекул водяного пара бомбардируют затравочный кристалл и устойчивые шестигранники не успевают сформироваться. Молекулы цепляются за свободные связи, торчащие из выпуклостей кристалла, вследствие чего эти выпуклости увеличиваются в размерах еще быстрее и в итоге вырастают в большие ответвления, а выпуклости на ответвлениях, в свою очередь, превращаются в кружевные листья.

Автор-составитель

Непогода

Можно ли путем наземных наблюдений вычислить, сколько воды содержится в том или ином облаке? Если это возможно, как это можно сделать? Имеют ли значение размер и цвет облака? Если нет, как определить содержание воды в облаке более научными методами?

Я хочу произвести впечатление на друзей. Джеймс Даун (Хемел-Хемпстид, Великобритания)

Как объясняется ниже, существует метод приблизительных расчетов, благодаря которому вы произведете впечатление на друзей. А чтобы получить точный ответ, вам понадобятся система доплеровской радиолокации и крупный правительственный грант. Автор-составитель В облаке содержится столько же воды, сколько в окружающем его чистом воздухе. Однако если в прозрачном воздухе содержатся водяные пары, то, конденсируясь, они образуют облако. Различия между состояниями определяет, скорее, разность температур, а не количество воды. Цвет облака не имеет большого значения. В верхней части облака вода находится в форме кристаллов льда. Нижняя часть облака состоит из смеси льда и воды. Цвет облака зависит главным образом от этой смеси льда и воды и размера водяных капель, в меньшей степени — от общего содержания воды. Содержание воды в облаке можно определить по количеству дождя, выпадающего из облака. Если бы вся атмосфера была насыщена водой, вода лилась бы непрерывным потоком, что составило бы 35 мм осадков. На самом деле из самых тяжелых облаков выпадает около 20 мм осадков. Во время ливня может выпасть более 50 мм осадков, но для этого потребуется дополнительная влага из окружающей атмосферы. Соответственно, ливни — локализованные явления. Количество выпавшей воды при самом сильном ливне можно вычислить по следующей формуле: количество осадков в миллиметрах равно коэффициенту 6,5, умноженному на корень квадратный из значения времени в минутах, в течение которого шел дождь. При более типичном ливне выпадает слой воды в несколько миллиметров с интенсивностью приблизительно 0,1 мм/мин. Обычно 1 мм осадков соответствует 1000 м3 воды, имеющей вес 1000 т в объеме облака 1 км3, хотя самые тяжелые облака могут содержать в 20 раз больше воды. Также можно определить содержание воды в облаке по его объему. Частичка облака, насыщенного водой, составляет 0,0001 % его объема. Площадь поперечного сечения облака можно измерить по его тени. Маленькое облако размером 500×500×100 м имеет объем 25 млн м3, из которых примерно 25 м3 составляет вода весом 25 т. Даже если вы не можете вычислить точное количество воды в облаке, эти цифры должны произвести впечатление на ваших друзей.

35
{"b":"231250","o":1}