Язык прилипает зимой к холодному металлу потому, что он в нормальном своем состоянии теплый, а вот металл или лед зимой — холодные. Соприкосновение горячего и холодного тел приводит к тому, что тепло начинает перетекать из горячего тела в холодное. Соответственно, язык тепло теряет, а металл приобретает. Скорость этого процесса определяется двумя параметрами: теплоемкостью и теплопроводностью. Теплоемкость определяет, как много тепла нужно, чтобы нагреть тело на один градус, а теплопроводность отводится от точки нагрева или подводится к точке охлаждения при заданной разнице температур. Теплоемкость языка и железа на килограмм веса различается несильно, правда, килограмм железа занимает на порядок меньший объем, чем килограмм языка. Поэтому за счет большей массы железный столб качели требует гораздо больше тепла, чтобы нагреться на один градус, в отличие от языка. Зато теплопроводность у железа в несколько сот раз выше, чем у человеческого тела.
Что же мы имеем? Железо способно отводить тепло от места контакта с языком гораздо быстрее, чем язык — подводить тепло из тела человека. К тому же крупные металлические конструкции — столбы, качели — весят гораздо больше, чем человек, и способны поглотить огромное количество тепла, почти не нагревшись. И тут становится ясно, что для языка дело плохо. Он будет остывать, причем очень быстро. К тому же язык всегда мокрый, и пленка воды обеспечит превосходный тепловой контакт между железом и языком. Этот слой воды и замерзнет первым — именно через него железо будет отбирать у языка тепло.
Сначала замерзнет вода на поверхности языка, затем начнет замерзать поверхностный слой клеток языка — и все, вы прилипли. Но процесс на этом не остановится и будет продолжаться до тех пор, пока из-за низкой теплопроводности замерзшей части языка процесс отвода тепла в железо не замедлится так, что подводимого человеком к языку тепла станет ровно столько, сколько забирает железо через замершую часть языка. Но язык все равно прилипнет задолго до того, как это равновесие наступит. Замерший язык будет служить изолятором, не позволяющим полностью замерзнуть всему человеку — полной теплоемкости, например, железного столба или качелей на это вполне могло бы хватить.
Лед, образовавшийся между поверхностью металла и еще теплой частью языка, образует хороший контакт — это превосходный клей. В этом можно убедиться, попробовав отчистить качели от наледи зимой — лед практически не отдирается от металла. Язык по большей части состоит из воды, и замершие клетки с клеем соединяются хорошо (все знают, как легко мясо примерзает к чему угодно в морозильнике). И если уж вы прилипли, отдирать вас придется, жертвуя той частью языка, что примерзла. Или нужно найти возможность быстро нагреть столб или качели…
Алексей Акимов, кандидат физико-математических наук, руководитель группы "Квантовые симуляторы" Российского квантового центра
Посмотрите также лекцию о магнитных свойствах металлов
