Женя (jenya444) wrote,
Женя
jenya444

Category:

Физика в нашей жизни или о варке клубничного варенья


Оставив свою новую машину во дворе под окошком,
папа пришел домой в 8 часов вечера и первым делом, с ужасом на лице,
подбежал к окошку поглядеть, цела ли еще она.
До 12 часов ночи папа подбегал к окошку каждые пять минут.
После 12 часов он бросался к окошку каждые три минуты.
Сколько раз выглянул в окошко папа, если известно,
что машину угнали в 5 часов утра?



Григорий Остер, задача по математике.


Давно установлено, что молоко и варенье убегают независимо от того, смотрит на них хозяйка или нет. Мне хочется подвести некоторую теоретическую базу под это эмпирически наблюдаемое явление. Дальше пойдёт некий физический текст, который я постараюсь набросать простым языком.

Речь идёт о системе, состоящей из огромного количества макроскопических частиц (допустим, стальных шариков с диаметром в миллиметр). Основная особенность этих частиц состоит в том, что они сталкиваются неупруго (на английском это называется granular matter). То есть, при каждом столкновении теряется некоторая энергия и температура системы в этом месте падает. Это приводит к интересным эффектам. Представим себе, что шарики сталкиваются с горячей стенкой. Температура около горячей стенки понятное дело большая, а вот чем дальше от неё, тем температура меньше, из-за того, что шарики сталкиваются друг с другом. Через некоторое время система придёт к стационарному состоянию (там уже нет зависимости от времени), в этом состоянии давление по системе постоянное (если бы в одном месте давление было больше, чем в другом, возникло бы течение из области большего давления в область меньшего давления). Итак, температура падает с расстоянием от горячей стенки, давление постоянно по системе, следовательно плотность частиц растёт с расстоянием от горячей стенки. Поэтому около горячей стенки мы наблюдаем горячий газ частиц, а вдали от стенки холодный кластер. Качественно такая же ситуация возникает в задаче с гравитацией, когда мы греем частицы снизу. Вот картинка номер один - из статьи Меерсона (Physical Review Letters, 2003), греем снизу, огромный холодный кластер "лежит" на горячем газе.

cluster1

Напомню теперь технологию варки клубничного варенья. Сначала ягоды нарезаются на несколько частей, накидываются в кастрюлю А и пересыпаются сахаром. Это дело стоит некоторое время, и клубника дает сок типа сироп. Этот сок переливается в кастрюлю Б и доводится до кипения. Потом туда досыпается оставшийся сахар, сироп опять доводится до кипения, сахар растворяется, снимается пена. Потом наступает ответственный момент. В этот сироп аккуратно (чтобы не брызнуть сиропом) перекладываются ягоды из кастрюли А. Картинка становится похожа на холодный кластер лежащий на горячем газе, как в предыдущем абзаце. Теперь это всё надо довести до кипения, как оно происходит? Вернёмся к "гранулярной" задаче и посмотрим на картинку номер два - из статьи Исобе (Physical Review E, 2001).


cluster2

Если постепенно увеличивать температуру нижней стенки, то в какой-то момент в кластере образуется трещина, и через эту трещину хлынет поток частиц. Это похоже на извержение вулкана. Похожий процесс происходит и при варке: сироп внизу становится горячее и горячее и всё сильнее давит на кластер из ягод. В какой-то момент он найдёт себе лазейку и полезет наверх через ягоды. Это происходит очень быстро и неожиданно. В процессе объяснения этого эффекта Ю.А. вчера вечером кластер не выдержал, и варенье убежало.

Subscribe

  • За двадцать лет

    качество слайдов на докладах выросло неимоверно. Уже почти не встретишь слайдов, на которых слишком много текста или сплошные формулы. Каждый доклад…

  • Говорящая голова

    Небольшая часть докладов на конференции идёт в записи. Люди, которые не смогли приехать, записали видео доклада и поместили его на сайт, откуда его…

  • Говорите, говорите

    В прошлом посте я привёл инструкции администрации по предотвращению коронавируса (заодно и харассмента), а сейчас совет учёных. Вкратце: активно…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 13 comments

  • За двадцать лет

    качество слайдов на докладах выросло неимоверно. Уже почти не встретишь слайдов, на которых слишком много текста или сплошные формулы. Каждый доклад…

  • Говорящая голова

    Небольшая часть докладов на конференции идёт в записи. Люди, которые не смогли приехать, записали видео доклада и поместили его на сайт, откуда его…

  • Говорите, говорите

    В прошлом посте я привёл инструкции администрации по предотвращению коронавируса (заодно и харассмента), а сейчас совет учёных. Вкратце: активно…