Когда я впервые услышал о «законе куба», это было не на уроке физики. Это было в мастерской, где один мужик, отливая металлическую болванку, сказал: «Чем больше кусок — тем дольше остывает». Тогда я не придал этому значения. А потом стало интересно: почему так? Почему большой предмет остывает или нагревается медленнее, чем маленький?
Я начал копаться, спрашивать, читать. И так наткнулся на простое, но важное соотношение — закон куба, или закон объёма и площади. Оказывается, за этой бытовой фразой скрывается целый закон природы, который объясняет не только отливки из металла, но и почему, например, слон не мёрзнет на ветру, а мышь быстро замерзает.
Давайте я расскажу, как я это понял. Не академическим языком, а по-человечески. Чтобы стало понятно, как устроен этот закон и почему он работает практически везде — от кастрюли с супом до размеров зданий, животных и даже технологий.
Объём и площадь: в чём разница и почему она важна
Когда говорят про закон куба, часто звучит что-то вроде: «объём растёт быстрее, чем площадь». На слух — не сразу понятно. Но стоит представить конкретный пример, и всё становится на свои места.
Возьмём обычный куб. Маленький, со стороной 1 сантиметр. Его объём — 1 кубический сантиметр (1×1×1), а площадь поверхности — 6 квадратных сантиметров (6 граней по 1×1). Теперь увеличим его в два раза — каждая сторона станет 2 сантиметра. Тогда объём будет уже 8 кубических сантиметров (2×2×2), а площадь — 24 квадратных сантиметра (6×2×2). Объём увеличился в восемь раз, а площадь — только в четыре.
Вот и вся суть: когда предмет становится больше, его объём (то есть, вся «внутренняя начинка») растёт быстрее, чем площадь поверхности. А именно поверхность — это то место, через которое предмет теряет или получает тепло. Поэтому большой предмет нагревается и остывает дольше — у него больше «внутреннего» и меньше «наружного», через что можно отдать или получить температуру.
Это касается всего. От чайника на плите до арбуза на солнце. Вещи, которые больше по объёму, всегда взаимодействуют с окружающей средой медленнее, чем те, что меньше. Не потому, что они ленивые — а потому, что их поверхность не успевает «обслужить» такой объём тепла быстро.
Как закон куба проявляется в живой природе
Когда начинаешь замечать, как этот закон работает в природе, становится по-настоящему интересно. Например, почему у северных животных короткие уши, плотное тело и густой мех? А у тех, кто живёт в жаре — длинные конечности и худощавое тело? Всё упирается в ту же самую разницу между объёмом и площадью поверхности.
Представьте себе слона. Огромное животное. Внутри него — масса тепла. И чтобы это тепло отдать, нужно использовать поверхность тела. Но у слона, по сравнению с его объёмом, поверхности не так уж и много. То есть тепло отдается медленно. В холодном климате это даже хорошо — он долго остывает. Но в жару — проблема. Вот почему у слонов такие большие уши. Это не просто деталь внешности — это теплообменники. Через них уходит лишнее тепло. Они двигаются, проветриваются, пронизаны сосудами.
А теперь возьмём мышь. Маленькая, с тонкой кожей. У неё поверхность тела по отношению к объёму огромная. Она мгновенно теряет тепло. Поэтому мышь в прохладной комнате дрожит и ищет укрытие. А если её не кормить — быстро худеет и умирает. Организм не успевает сохранить нужную температуру. Вот почему маленькие животные должны есть постоянно — иначе не согреются.
Тот же принцип объясняет, почему пингвины, живущие в Антарктиде, стоят, прижавшись друг к другу. Они уменьшают общую поверхность на каждого — а значит, теряют меньше тепла. Это закон куба в действии, только живой.
Иногда люди думают, что животные просто «приспосабливаются», но не всегда понимают, как. А всё объясняется именно этой разницей: объём сохраняет тепло, поверхность его отдаёт. Если ты большой — тебе легче. Если маленький — нужно постоянно компенсировать потери.