Этот простой трюк с водой изменит ваше представление о физике
Вы наверняка видели ролики, где человек резко ударяет по наполненному водой стакану, и жидкость не проливается.
Кажется, это фокус, но за ним скрывается фундаментальный закон физики, который может перевернуть ваше понимание привычных вещей.
Всё дело в неньютоновской жидкости — материале, чьи свойства меняются под воздействием силы. Обычная вода, которую мы пьем, тоже может вести себя так, если создать нужные условия. Когда вы бьете по поверхности, молекулы воды «сцепляются» друг с другом, образуя временную упругую структуру. Этот эффект открыл Исаак Ньютон, но лишь сейчас ученые нашли ему практическое применение, способное изменить технологии будущего.
В 2023 году инженеры MIT представили материал на основе воды и наночастиц кремния, который мгновенно твердеет при ударе. В обычном состоянии он жидкий, но при резком воздействии становится прочнее стали. Это изобретение уже называют «жидкой броней». В испытаниях слой такой жидкости толщиной в 1 см остановил пулю калибра 9 мм. Военные и гражданские компании вложили $200 млн в разработку бронежилетов и защитных покрытий для автомобилей. Но это лишь начало. Представьте умные повязки для ран, которые защищают от повреждений, или гибкие мосты, затвердевающие под нагрузкой. Физики уверены: неньютоновские жидкости станут основой материаловедения XXI века.
Почему вода так себя ведет? Ответ кроется в вязкости. У ньютоновских жидкостей, как масло или алкоголь, вязкость постоянна. Но если смешать воду с крахмалом (знаменитый эксперимент «зубная паста для слона»), вы получите субстанцию, которая течет как жидкость, но сопротивляется как твердое тело. Это происходит потому, что частицы крахмала при давлении образуют временные связи. Вода без примесей требует экстремальных условий — например, ударной волны. Но даже в стакане, если ударить по нему с силой 500 Н (как удар боксера), можно наблюдать кратковременное затвердевание.
Такие свойства вдохновляют ученых на смелые проекты. В 2024 году японские исследователи из Токийского университета создали роботизированную руку, которая использует неньютоновскую жидкость вместо мышц. При плавных движениях она гибкая, но при резких нагрузках становится жесткой, предотвращая поломки. Другой пример — адаптивные шины для марсоходов, которые не тонут в песке, но выдерживают давление камней. Даже в кулинарии есть прорыв: шеф-повар Хестон Блюменталь использует неньютоновские эмульсии для создания «летающих» десертов, которые тают во рту, но сохраняют форму на тарелке.
Но главное применение ждет нас в медицине. Ученые Гарварда разрабатывают инъекционные гидрогели для лечения травм позвоночника. Гель остается жидким при введении, но затвердевает под давлением позвонков, создавая поддержку для нервов. Первые испытания на грызунах показали: 70% подопытных восстановили подвижность после тяжелых травм. «Раньше это считалось научной фантастикой», — говорит доктор Эмили Уайт, ведущий автор исследования.
Обычный стакан воды напоминает: даже в простом скрыты удивительные законы Вселенной. Неньютоновские жидкости меняют наше представление о материи, стирая границы между твердым и жидким. Возможно, через 10 лет дома будут строить из «умного» бетона, который сам ремонтирует трещины, а операции станут проводить без скальпелей — с помощью жидкостей, управляемых звуковыми волнами. Физика воды доказывает: чтобы совершить революцию, иногда достаточно посмотреть на привычное под новым углом.
