Я понятия не имела, что обычные кусочки сахара — это так интересно, пока один приятель не позвал меня на настоящий файф-о-клок в Оксфорде. Мы пошли в изысканное заведение — чашки тонкого фарфора, кольца для салфеток... Когда моему спутнику принесли кофе, он взял щипцами кусочек сахара, но не бросил в чашку, а держал так, что нижняя сторона его слегка касалась поверхности жидкости. Сахар начал заполняться черным кофе, и всего за несколько секунд белый кусок стал темно-коричневым.
Это в очередной раз показало мне, что размер имеет значение. Мы знаем, что жидкость обычно стремится ко дну емкости, но это верно только для сосудов шириной больше нескольких миллиметров, когда решающую роль играет гравитация. При меньших размерах тон задают другие силы.
Кусочек сахара представляет собой множество кристаллов с крошечными промежутками между ними. Кофе в основном состоит из воды, а молекулы воды притягиваются к сахару, поэтому кофе поднимается немного вверх по поверхности сахарных кристаллов. Но молекулы воды сильно притягиваются между собой, и вода стремится как можно меньшей площадью соприкасаться с воздухом. В итоге молекулы воды, которые взбираются по поверхности сахара, тащат с собой другие молекулы воды, чтобы уменьшить площадь поверхности на несахарной стороне.
Каналы в куске сахара такие узкие, что очень малое количество дополнительных водяных молекул должно победить гравитацию, чтобы уменьшить площадь поверхности. Так что кофе может продолжать ползти вверх только потому, что сахар так сильно притягивает воду. Это капиллярный эффект — комбинация молекулярного притяжения между водой и сахаром и поверхностного натяжения.
Дома я немного поиграла с кусковым сахаром. Молоко поднимается по кусочку сахара примерно в три раза медленнее, чем вода, и я думаю, что это из-за того, что оно более густое. Масло поднимается только на 6 мм, а потом останавливается, значит, его меньше притягивает к сахару, чем воду.
Самое замечательное, что, глядя на такую большую вещь, как кусок сахара, можно наблюдать действие небольших сил на отдельные молекулы. Молекулы в жидкости движутся свободно под воздействием различных сил. Немного странно думать о том, как вода ползает вокруг сама по себе, но так происходит повсюду. Поэтому полотенца впитывают воду, а спортивные топики пот. И хотя мы живем в макромире, мы можем создавать материалы со структурой микромасштаба, а затем пользоваться преимуществами того, что правила различаются, когда ты маленький.
Я никогда не пью чай с сахаром, но к моменту, когда мы ушли из кафе, сахарница опустела. Вы можете увидеть целый мир в крупице сахара, мир крошечных молекул и незначительных сил. И даже больше: вы можете не только смотреть на них, но и играть с ними!
(с) Хелен Черски