Среди множества вполне обыкновенных материалов некоторые ведут себя, мягко говоря, странно. Некоторые из этих «чудаков» сравнительно легко можно получить в домашних условиях, что открывает перед энтузиастами прекрасные возможности для впечатляющих демонстраций и просто веселого «популярно-механического» времяпрепровождения.
Бег по неньютоновской жидкости, «аки по суху»
Ауксетики утолщаются при растяжении: все дело во внутреннем строении материала
Сверхтекучая капля
Жидкая скульптура из шоу Сашико Кодамы 'Protrude Flow'
Похоже на описанный Станиславом Лемом «Солярис»: взаимодействие частиц сухого льда с водой
1. Неньютоновские жидкости
Если кратко, то вязкость неньютоновских жидкостей зависит от градиента скорости – как правило, такие жидкости состоят из крупных молекул, организующихся в сложные структуры. Простейшим примером может послужить вода, смешанная с обыкновенной мукой. При должной концентрации муки это вещество будет повышать вязкость под действием удара так что человек может совершенно спокойно пробежаться по поверхности бассейна, наполненного ньютоновской жидкостью – она просто затвердевает под ногами бегущего. Но стоит экспериментатору на мгновение остановиться, как он сразу начнет тонуть. Инструкция по созданию подобной жидкости в домашних условиях довольно проста, а особенно интересные эффекты можно получить, поместив емкость с такой необыкновенной жидкостью на обыкновенный акустический динамик.
2. Ауксетики
При растяжении такие материалы становятся прочнее и толще в направлении, перпендикулярном к приложенной силе – говоря по-научному, они обладают отрицательным коэффициентом Пуассона. А говоря более понятно: если предмет, состоящий из подобного материала, начать растягивать, он будет становиться не тоньше, а толще – в полном противоречии с элементарным здравым смыслом. Следующий видеоролик позволяет увидеть, как ведет себя «растягивающаяся» пена в действии. По мнению многих экспертов, с такими материалами связано будущее бронежилетов и других защитных устройств, призванных уберечь солдат от пуль и осколков на поле боя.
3. Сверхтекучие жидкости
Впервые сверхтекучесть была открыта академиком Петром Капицей, и долгое время была известна лишь одна сверхтекучая жидкость – гелий II, приобретающий эти свойства при температуре ниже 2,17 К. Главным свойством сверхтекучих жидкостей является их способность течь без трения – объяснение этого феномена, сделанное Львом Ландау, относится к области квантовой физики, однако из него следует множество интереснейших и наглядно наблюдаемых свойств. Во-первых, сверхтекучие жидкости могут легко просачиваться через самые микроскопические отверстия. Во-вторых, они способны «без посторонней помощи» подниматься по стенкам сосуда вертикально вверх – и в конце концов вылиться за его пределы. Этот эффект, выглядящий как полное отрицание гравитации, на самом деле имеет вполне логичное физическое объяснение. Дело в том, что сверхтекучие жидкости, как и простая вода, обладают поверхностным натяжением. Благодаря этой силе, уравновешивающей притяжение Земли, тончайшая пленка гелия II быстро распространяется по всей доступной поверхности сосуда. Обычной жидкости подобные фокусы недоступны из-за трения между текущей пленкой и статичным сосудом. Одним из практических приложений феномена сверхтекучести являются сверхчувствительные гироскопы, использующиеся для проверки теории гравитации, а в будущем они способны помочь созданию высокотемпературных сверхпроводников. Поведение сверхтекучей жидкости иллюстрирует еще один видеоролик.
4. Ферромагнитные жидкости
Эти вещества представляют собой коллоидный раствор (или взвесь) магнитных частиц в жидкой среде (обычно к ним добавляют еще и вещество-стабилизатор). В результате получается жидкость, на которую можно влиять с помощью магнитного поля. Грандиозная скульптурная композиция, представленная на рисунке слева, состоит из жидкости, поддерживаемой в застывшем положении с помощью обыкновенных электромагнитов. Впечатляющее шоу с ферромагнитными жидкостями устраивает Сашико Кодама, ученый и художник, основоположник «жидкой архитектуры» (обязательно посмотрите видеоролик – это нечто феноменальное). Ферромагнитные жидкости используются в производстве высококачественных акустических динамиков, а также при создании «умных» амортизаторов, способных изменять жесткость за считанные мгновения. Приготовить магнитную жидкость можно и в домашних условиях: просто следуйте инструкции.
5. Сухой лед
Обыкновенный углекислый газ, замерзающий при –78,5оС, станет источником массы положительных эмоций – в случае, если найдется человек, знающий, как им распорядится. Смешав сухой лед с обыкновенным мылом и добавив туда немного воды, вы получите мыльные пузыри – в колоссальных количествах. А следуя этой инструкции, можно заморозить мыльные пузыри и подержать их в руках. Еще с помощью сухого льда можно кардинальным образом преобразовать плавательный бассейн и даже устроить артиллерийские стрельбища – если добавить сухой лед в пластиковую бутылку с водой, и закрыть ее крышкой, в скором времени бутылка взорвется, произведя весьма неслабый «бабах»: испаряясь, углекислый газ значительно увеличивается в объеме, из-за чего давление внутри замкнутой бутылки будет быстро расти. Вдобавок, маленькие порции этого вещества просто красиво растворяются в воде. Наконец, кусок сухого льда способен стать отвлекающей приманкой для комаров – насекомые устремятся к нему, поскольку углекислый газ является продуктом дыхания всех теплокровных.
По публикации New Scientist