Створено 01.12.2011 17:34 Автор: Євген
«Немає нічого м'якше і слабкіше води, але все ж немає нічого кращого для обробки твердих і міцних речей».
Цей парадокс був сформульований китайським мудрецем Лао-цзи в древньому тексті «Тао-Ті-Кінг, або писання про моральність». Дійсно, здатність води омивати, заспокоювати і живити контрастує з нестримною силою, прикладом цього є Ніагарський водоспад, Великий каньйон (він був висічений з плином століть річкою Колорадо) і цунамі.
Точно так же парадоксально, що вода і вкрай знайома - вона становить близько двох третин нашого тіла і покриває три чверті планети - і вкрай загадкова. Хоча вам здається, що ви її добре знаєте, багато властивості води вас дуже здивують. А деякі з них настільки дивні, що до сих пір до кінця не зрозумілі наукою.
Гонка по низхідній
Логічно мисляча людина припустить, що гарячій воді знадобиться більше часу, щоб охолонути до температури 0 градусів Цельсія і замерзнути, ніж холодної. Але дивно те, що це не завжди правда. У 1963 році танзанійський учень по імені Ераста Мпемби зауважив, що в дійсності гаряча вода замерзає швидше, ніж холодна, коли дві маси води піддаються впливу однакових умов з температурою нижче нуля.
І ніхто не знає, чому.
Єдине припущення - це що ефект Мпемби з'являється в результаті процесу циркуляції тепла під назвою конвекція. У контейнері тепла вода піднімається вгору, витісняючи холодну і створюючи «утеплений верх». Вчені припускають, що конвекція може якимось чином прискорити процес охолодження, дозволяючи більш теплій воді замерзати швидше, ніж холодної, незважаючи на те, скільки ртутного стовпчика їй потрібно подолати до точки замерзання.
слизька субстанція
Півтора століття наукових досліджень так і не дали відповідь, чому на льоду можна впасти. Вчені одностайні в тому, що тонкий шар рідкої води на верху твердого льоду стає причиною слизькості, а рухливість рідини ускладнює рух, навіть якщо років тонкий. Але немає консенсусу щодо того, чому лід на відміну від більшості твердих речовин має такий шар.
Теоретики припускають, що саме процес ковзання, тобто контакт з льодом, змушує танути його поверхню. Інші вважають, що рідкий шар існує ще до того, як з'являється ковзний предмет, і що він утворюється завдяки внутрішньому руху молекул поверхні.
Безсумнівно, ви шукаєте винного, лежачи на спині і киплячо від злості, але, на жаль, його ще належить знайти.
Акванавт
На Землі кипляча вода створює тисячі крихітних пухирців пара. У космосі ж створюється один гігантський коливається міхур.
Динаміка рідини настільки складна, що фізики не могли припустити, що трапиться з киплячою водою при нульовій гравітації, поки в 1992 році не був проведений експеримент на борту космічного корабля. Після цього фізики вирішили, що спрощений вид кипіння в космосі, очевидно, пов'язаний з відсутністю конвекції і підйомної сили - обидва цих явища утворюються гравітацією . На Землі ці ефекти викликають бурління, яке ми бачимо в чайнику.
ширяюча рідина
Коли крапля води падає на поверхню набагато гаряче її точки кипіння, вона може набагато довше носитися по поверхні, ніж ви очікуєте. Це ефект Лейденфроста, і він з'являється з-за того, що коли нижній шар краплі випаровується, газоподібним молекулам води в цьому шарі нікуди подітися, і їх присутність ізолює залишок краплі і перешкоджає її торкання гарячої поверхні. Таким чином, крапля існує кілька секунд до того, як повністю випаруватися.
незвичайна оболонка
Часом здається, що вода заперечує закони фізики, утримуючись від розпаду, навіть незважаючи на спроби гравітації або навіть тиск важких об'єктів розірвати її.
Це сила поверхневого натягу, властивість, яке робить зовнішній шар маси води (і деяких інших рідин) поводитися, як гнучка оболонка. Поверхневий натяг виникає через те, що молекули води слабо пов'язані один з одним. Завдяки цьому молекули поверхні відчувають внутрішнє зусилля від молекул під ними. Вода залишиться цілісною, поки що розриває її сила не перевершить силу цих слабких зв'язків і не прорве поверхню.
Наприклад, на фото вище скріпка для паперу лежить на поверхні води. Хоча метал щільніше води і тому повинен потонути, поверхневий натяг не дозволяє скріпці прорвати поверхню води.
киплячий сніг
Коли є величезна різниця температур між водою і зовнішнім повітрям, відбувається дивовижний ефект - скажімо, якщо вилити каструлю окропу (100 градусів Цельсія) в повітря температурою мінус 34 градуси Цельсія, то кипляча вода миттєво перетворитися в сніг і розлетиться.
Пояснення: вкрай холодне повітря дуже щільний, відстань між його молекулами таке маленьке, що не залишається достатньо місця для перенесення водяної пари. Кипляча вода, з одного боку, дуже активно випускає пар. Коли її кидають в повітря, вона розпадається на крапельки, через що з'являється ще більше простору для поширення пара. Це являє собою проблему. Випускається більше пара, ніж може утримати повітря, і тому він розподіляється, закріплюючись на мікроскопічних частинках в повітрі, як сода або кальцій, і формує кристали. Саме так і утворюються сніжинки.
Пустий простір
Хоча твердий стан майже будь-який субстанції щільніше, ніж рідке, так як атоми в твердих тілах зазвичай щільно прилягають один до одного, це не діє для Н2О. Коли вода замерзає, її об'єм збільшується на майже 8 відсотків. Це дивна властивість, що дозволяє кубів льоду і навіть величезним айсбергам плавати.
Коли вода охолоджується до точки замерзання, існує менше енергії, яка змушує молекули скріплюватися, і тому вони можуть формувати більш міцні водневі зв'язки зі своїми сусідами і поступово закріплюватися. Цей же процес змушує все рідини тверднути. І, як і в інших твердих тілах, зв'язку між молекулами льоду дійсно коротше і міцніше, ніж в рідкій воді; різниця в тому, що гексагональная структура кристалів льоду залишає багато пустого місця, що робить лід в цілому менш щільним, ніж вода.
Надлишок обсягу можна іноді побачити в формі виступів на верху кубиків льоду в вашій морозильній камері. Ці виступи складаються з надлишку води, видавленою з кубика заморожувати (і розширюється) льодом. У контейнері вода замерзає від боків і низу до центру і верху, і лід розширюється у напрямку до центру.
Єдині у своєму роді
Як то кажуть, немає двох однакових сніжинок. Справді, за всю історію дослідження снігу кожна прекрасна структура була абсолютно унікальною. І ось чому: сніжинка зароджується у формі простої гексагональної призми. Під час падіння вона стикається з неповторяющимися умовами, міняють їх форму, включаючи різні температури, рівні вологості і атмосферний тиск. Цих змінних факторів досить для того, щоб формування кристалів ніколи не проходило двічі по одній схемі.
І що найцікавіше щодо сніжинок - це що всі їх шість відгалужень виростають абсолютно синхронно, створюючи гексагональную симетрію, тому що кожне відгалуження відчуває ті ж умови, що і всі інші.
Звідки вона?
Точне походження води на нашій планеті, що покриває близько 70 відсотків поверхні, все ще залишається загадкою для вчених. Вони підозрюють, що будь-яка вода, яка накопичується на поверхні планети під час її формування протягом 4,5 мільярдів років, випарувалася б через інтенсивне спека молодого Сонця. Це означає, що вода, яку ми зараз маємо, повинна була з'явитися пізніше.
Як? Протягом періоду під назвою пізнє важке бомбардування, що проходив близько 4 мільярдів років тому, масивні об'єкти, можливо, з інших систем падали на Землю і планети Сонячної системи. Можливо, що такі об'єкти були наповнені водою, і ці зіткнення могли доставити на нашу планету величезні обсяги цієї речовини.
Комети - брили з льоду і каменю з хвостами з випаровується льоду, що обертаються по довгих орбітах навколо Сонця - цілком можуть бути залишками того, що впало на планету. Однак є проблема: віддалені дослідження води, що випаровується з декількох великих комет, виявили, що вони складаються з води іншого типу Н2О (містять більше важкий ізотоп водню), ніж земна, тому такі комети не можуть бути джерелом всієї нашої чудової води.
джерело: Lifeslittlemysteries
Звідки вона?Як?