Читать книгу "Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд"

Как оставаться сухим

Гидрокостюмы – прорезиненная одежда для плавания и ныряния, которую так любят сумасшедшие серферы и дайверы, – обеспечат вам что угодно, только не сухость. Даже если вы пройдетесь в них под дождем, то промокнете. Сквозь материал, из которого сделаны эти костюмы, – неопрен – воды просочится немного, но вас так «поджарит» изнутри, что скоро вы начнете сильно потеть. Зимние гидрокостюмы недаром называют «саунами». Простой шерстяной пуловер обеспечит вам большую сухость, по крайней мере в моросящий дождь. В шерсти есть немного ланолина (животного воска), отталкивающего воду; чешуйки на наружной поверхности ее волокон плотно «сцепляются» между собой, добавляя шерсти водоотталкивающий эффект, в результате которого значительное количество воды скатится с вашего свитера, не проникнув внутрь. В обычном пуловере нити могут находиться друг от друга на приличном расстоянии. А в свитере плотной вязки они близко прилегают друг к другу и удивительно хорошо защищают от мелкого надоедливого дождя.

В ливень шерсть вас не защитит: здесь нужна водонепроницаемая одежда. Большинство таких вещей изготавливается из синтетических тканей (основу которых составляют пластические волокна) вроде нейлона. Они не пропускают воду, потому что их волокна микроскопически малы и прочно переплетены. В отличие от волокон шерсти, синтетические воду почти не впитывают. Капли остаются на поверхности и не проникают внутрь. Такие «бисеринки» легко стряхнуть, оставив поверхность практически сухой. Но у многих был очень неприятный опыт ношения нейлоновых ветровок и курток, которые на 100 % водонепроницаемы снаружи, но затапливают вас вашим же потом изнутри. Пережив пик популярности в 1970–1980-х, такие куртки и плащи сейчас уступили место «дышащим» материалам, например гортексу (Gore-Tex). «Дышащий» водонепроницаемый материал? Звучит парадоксально. Так оно и есть. Кроме того, из вышеприведенного определения можно вывести невозможность существования такого материала с учетом законов физики. Как может кусок ткани не допустить проникновения влаги внутрь, но выводить ее изнутри наружу?

▲ Водонепроницаемый дышащий материал. Гортекс содержит микроскопические отверстия, называемые микропорами, которые способны пропускать испарения тела наружу, не впуская влагу внутрь. Дождевые капли в тысячи раз больше этих микропор, а молекулы воды, содержащиеся в нашем поте, в сотни раз меньше их.

Всё объясняется физическим различием между дождевыми каплями и водяными молекулами в нашем поте (кожном дыхании). Большая капля дождя состоит из нескольких секстиллионов (10²¹) водяных молекул, плотно сцепленных друг с другом. В парах воды молекулы разъединены и существуют сами по себе. Иными словами, капля дождя неизмеримо больше отдельной молекулы воды. Водоотталкивающая и «дышащая» ткань вроде гортекса использует это различие. Как указывают ученые из корпорации W. L. Gore and Associates, их чудо-материал имеет мембраны с отверстиями в 700 раз больше диаметра молекулы воды (которые свободно проникают наружу) и в 20 000 раз меньше размера самой маленькой капли дождя (которая не может проникнуть внутрь)[299]. Именно поэтому такая ткань может одновременно и отталкивать воду, и «дышать». Разумеется, если процесс потоотделения идет очень интенсивно, какая-то часть молекул воды будет конденсироваться на поверхности кожи, не успев «выскользнуть» наружу. Даже в самых «дышащих» тканях тело может оставаться немного влажным. И эта влага забирает некоторое количество тепла. Тем не менее «дышащие» плащи и куртки обычно значительно теплее, чем их более дешевые собратья из нейлона. И всё потому, что внутри они, как правило, суше.

Как носить одежду долго

Когда вам было пять-шесть лет и вы после занятий стремглав летели в раздевалку, вряд ли вы сильно беспокоились о том, чтобы вам было тепло и сухо. Сейчас от одежды требуется больше. Она должна быть безопасна, комфортна и обеспечивать свободу движения. При этом предметы одежды должны оставаться надежными и функциональными. И они справляются с этой задачей.

В начале этой главы я сравнил одежду со зданиями. Интересно рассмотреть сходства между ними. Строительные материалы должны отвечать множеству практических требований: от обеспечения устойчивости строений и сопротивляемости ветру до удержания тепла внутри и защиты от влаги снаружи. Мы представляем себе здания как инженерные сооружения, хотя, по сути, это «одежда» для нашего дома. Они обеспечивают защиту, неприкосновенность личной жизни и чистоту. То же можно сказать и об одежде. И она подчиняется законам физики, как и наши дома.

Из главы 1 вы узнали, что дома стоят за счет компенсации своего веса на фундаменте. Кирпичи и балки сжимаются, и вес дома и его содержимого, давящий вниз, компенсируется силой реакции опоры, состоящей из атомов в почве и основании, которые выталкивают дом вверх. То же относится и к одежде. Вечернее платье и плащ, шелковое кимоно и джинсы имеют вес, как и дом. Но, если дом стоит на земле за счет сил сжатия, одежда держится на теле за счет сил натяжения.

Тяжелое подвенечное платье давит на плечи невесты так же, как канаты подвесного моста, держащие полотно, давят на пилоны. Большой вес платья распределяется с помощью сил натяжения в швах и отдельных волокнах примерно так же, как вес моста и всего транспорта на нем – между держащими мост металлическими канатами (или как вес велосипеда и ездока равномерно распределяется между спицами колес, как мы видели в главе 4). Подумайте о своих джинсах с такой точки зрения, и вы увидите их в совершенно новом свете. Широкий пояс держит на себе вес всей тяжелой ткани. Он создает главную линию натяжения в районе пояса, поэтому в хороших дорогих моделях для скрепления ткани используются прочные заклепки.

Вот это да! Наука вокруг поношенных джинсов

У меня есть друг, который стремится модно одеваться. Он рассказывал мне: чтобы придать колорит новым дорогим джинсам, он специально смачивает их водой и обрабатывает теркой для сыра. В результате они становятся «пикантно поношенными». Большинство из нас достигает того же самого годами носки, а он – буквально за несколько мгновений.

Нетрудно понять, почему потертости и даже дыры появляются на коленях джинсов и локтях свитеров. Когда я был ребенком и любил катать машинки по ковру, причина этого была яснее ясного. Прошло много лет, никаких машинок с коврами нет и в помине, а джинсы все равно истираются прежде всего на коленях. Почему? Каждый раз, когда вы встаете или садитесь, ткань трется о колени. Конечно, кожу никак нельзя отнести к абразивным материалам. Но, если присмотреться к этому явлению повнимательнее, сразу станет понятна суть проблемы. Ткань штанины резко перегибается и, если ваше колено согнуто, двигается под прямым углом. Здесь мы можем увидеть не столько штанину, сколько очень плохо работающий блок.