Мир вокруг нас полон удивительных парадоксов, особенно когда речь заходит о, казалось бы, простых свойствах материалов, таких как твердость. Многие предметы, которые мы считаем твердыми, на самом деле обладают свойствами жидкостей, и наоборот. Эта статья предлагает взглянуть на привычные вещи под новым углом и понять, что граница между жидким и твердым состоянием гораздо более размыта, чем кажется.
Земля под ногами: прочная иллюзия
Разрушительное землетрясение 1994 года в Лос-Анджелесе, унесшее десятки жизней и нанесшее колоссальный материальный ущерб, заставляет задуматься: насколько тверда земля, по которой мы ходим? Это событие ставит под сомнение наши базовые представления о твердости и заставляет глубже изучить природу материалов.
Каменноугольный пек: самая медленная жидкость в мире
Ярчайший пример обманчивой твердости — каменноугольный пек. На вид это твердое, хрупкое вещество, но на самом деле это невероятно вязкая жидкость. Его вязкость в 230 миллиардов раз превышает вязкость воды. Чтобы наглядно продемонстрировать это, в 1927 году в Кливлендском университете начался уникальный эксперимент: пек поместили в стеклянную воронку. За почти столетие из нее упало всего девять капель, и ни одна из них не была зафиксирована наблюдателем вживую. Последняя капля упала в 2014 году, и следующей, вероятно, придется ждать еще не один десяток лет. Этот опыт показывает, что на очень больших временных промежутках даже то, что кажется абсолютно неподвижным, может течь.
Стекло: твердая жидкость в наших окнах
Еще один удивительный материал — обычное стекло. Оно является аморфным телом: при быстром охлаждении молекулы диоксида кремния не успевают выстроиться в упорядоченную кристаллическую решетку, как в настоящих твердых телах. Химические связи между атомами делают его визуально твердым и прочным. Однако отсутствие кристаллической структуры означает, что стекло, по сути, является переохлажденной жидкостью с колоссальной вязкостью.
Это свойство имеет практическое доказательство. В старых оконных рамах, где стекла стоят десятки лет, можно заметить, что в верхней части они тоньше, чем в нижней. Это результат того, что стекло под действием силы тяжести очень медленно, но неумолимо стекает вниз. Со временем этот процесс может привести к появлению щелей вверху рамы и характерному дребезжанию стекол.
Закалённое стекло.
Мантия Земли: твердое тело, которое течет
Если спуститься глубже, под земную кору, мы обнаружим еще более поразительный парадокс. Мантия Земли, ответственная за движение тектонических плит и землетрясения, является твердым телом. Это подтверждается тем, что через нее могут проходить сейсмические волны, которые не распространяются в жидкостях. Но как тогда твердая порода может «течь», двигая целые континенты?
Ответ кроется в дефектах кристаллической структуры горных пород и колоссальных временных и силовых масштабах. Вязкость мантии невообразимо высока, но в геологических рамках (миллионы лет) она ведет себя как чрезвычайно густая жидкость. Таким образом, мы имеем обратную ситуацию: каменноугольный пек — это жидкость, которая выглядит твердой, а мантия Земли — это твердое тело, которое ведет себя как жидкость.
Вывод: относительность свойств
Исследование этих материалов приводит нас к важному выводу: понятия твердости и текучести не абсолютны, а относительны. Они зависят от временного масштаба наблюдения и приложенных сил. В определенных условиях все тела проявляют свойства как твердых, так и жидких веществ. Четкие границы, которые мы проводим в нашем восприятии, часто являются упрощением и могут мешать пониманию истинной природы вещей.
#наука #наука и образование #интересный научпоп #научпоп
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Жидкое ли стекло?.