У Роберта Хайнлайна в «Пасынках вселенной» в самом конце есть чудесная фраза: «Алан гордо и неправильно объяснил им, что к чему». Так вот, я сейчас собираюсь заняться примерно тем же самым — я буду пересказывать чужое и книжное знание, которое сам не до конца понимаю. Ибо, несмотря на инженерное образование, физиком по натуре я так и не стал и некоторые простые физические вещи до сих вызывают у меня благоговейный ужас. В фейнмановских лекциях по физике я не осилил даже первого тома. От страха, наверное.
Я это все к тому, что вчера мне прислали ссылку на статью о парадоксе чайного листа — физическом и повседневном феномене, который хорошо знаком всем, кто размешивал чай с чаинками. Хоть при добавлении в чашку сахара, хоть при варке чая в стеклянном чайнике, которую часто и тоже гордо и не правильно называют «варкой по Лу Юю». Смысл этого феномена в том, что при круговом размешивании чая с чаинками последние собираются в центре дна чашки. Что не вызывает никаких вопросов у опытных чайников, но вызывает вопросы у не очень опытных физиков.
В статьях про парадокс чайного листа пишут, что согласно здравому смыслу чаинки должны сместиться к стенкам сосуда под действием центробежной силы. Тут бы я поспорил, конечно. Если мы считаем здравым смыслом суждения, основанные на поверхностном книжном знании — то да, конечно. Но если мы считаем здравым смыслом суждения, основанные на житейском опыте — то нифига, чаинки как раз должны быть в центре. Впрочем, я предлагаю принять правила игры в парадокс и сделать вид, что мы все несказанно удивляемся всякий раз, когда видим, как чаинки собираются в центре.
Итак. На первый физический взгляд это действительно странно. Потому что центробежная сила должна разметать чаинки по стенкам. Но дело в том, что центробежная сила — это не единственная сила, которая возникает в жидкости при ее вращении в сосуде. Жидкость трется о стенки этого сосуда и возникающая сила трения замедляет скорость движения жидкости у стенок и дна. Создаются новые вектора сил, которые смещают чаинки к центру чашки и, в некоторых случаях, немного приподнимают их.
Любопытно, что в русской Википедии разрешение этого парадокса приписывают Эйнштейну. А в английской разворачивают историю чуть более подробно, приписывая физическое объяснение феномена Джеймсу Томсону. Наших понять, конечно, можно — Эйнштейн мемнее, тем более, что он в процессе тоже поучаствовал.
Естественно, действие принципов, которые заставляют чаинки сместиться к центру чашки, чашкой чая не ограничиваются. Эти же физические принципы приводят к эрозии берегов рек, заставляют двигаться воздушные потоки в атмосфере и используются в пивоварении для избавления от осадка и в медицине для отделения эритроцитов от плазмы крови…
И да. Теперь, помешивая пуэр в прозрачном чайнике, можно гордо и не правильно рассказывать не только про Лу Юя, но и про Эйнштейна. Отличная компания, на самом деле. Иван Валентинович, спасибо за наводку!
А вообще, конечно, чайно-физические пересечения бывают удивительно интересными. Достаточно вспомнить про эффект чайника или эффект Коанда. Так, напомню, называется свойство струи жидкости при вытекании из сопла отклоняться в направлении стенки сопла, а в некоторых случаях и прилипать к ней. В случаях с чайниками этот эффект проявляется в огорчительном и неаккуратном стекании части чая по нижней части носика при разливании чая по чашкам. Эффект это давно и хорошо известен, однако полное его объяснение было получено только в 2019 году. Когда к факторам, влияющим на поведение вытекающей из носика чайника жидкости, были добавлены силы поверхностного натяжения, которые зависят от формы носика чайника и гидрофобности материала, из которого тот изготовлен.
Любопытно, кстати, но если еще лет пятнадцать назад практически любой чайник, который попадал мне в руки, крайне плохо держал каплю — то есть чай из него вливался очень неаккуратно и на скатерть — то в последнее время мне такие чайники практически не встречаются.
И это тоже парадокс, конечно.