Вверх и вниз по лестнице в вашем доме

Книга: Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Разговоры о джоулях, ваттах и даже – что для вас, наверное, важнее – о деньгах четко доказывают: для всего, что мы делаем, нужна энергия, и ее надо выработать, затратив некие ресурсы. Это неприятная сторона закона сохранения энергии. Но есть и хорошая новость. Использование энергии не всегда настолько же бессмысленно, как сжигание денег для получения тепла: иногда мы можем получить ее назад.

Если вы заберетесь вверх по лестнице в своем доме, то превратите потребленную вами пищу в энергию, в «хитрую» ее разновидность – потенциальную, которую можно использовать для различных целей. Если вы удачливы (и эксцентричны), то можете установить дома пожарный шест и спускаться по нему со второго этажа на первый. При этом вы переведете свою потенциальную энергию в вид кинетической (движение и скорость). Теоретически вы можете устроить сложное ременно-шкивное устройство (что-то вроде колеса для хомячка), которое будет сообщать вращение ротору и преобразовывать вашу кинетическую энергию от движения вниз в энергию электрическую. Разумеется, поскольку на каждом этапе процесса будут иметь место потери энергии (например, в виде тепла и звуков от трения), вы не произведете столько электрической энергии при спуске, сколько генерировали потенциальной энергии при подъеме. Но все равно какую-то часть энергии вы сохраните. Что точно невозможно – так это вернуть обратно изначальный источник всей этой энергии, калорийное печенье. Хотя закон сохранения энергии и допускает это, мы пока не придумали способа возвращать из небытия еду после спуска с Эмпайр-стейт-билдинг (которую вы потребили перед восхождением вверх). Это важный урок для всех нас. Большая часть энергии, которую мы используем – в наших голодных желудках и прожорливых спортивных машинах, – исчезает бесследно, унося бесценные ресурсы (подробнее об этом см. и ). Энергия очень ценна. В Земле сосредоточено определенное конечное ее количество, и нам нужно очень тщательно продумывать ее использование еще до того, как мы потеряем какую-то ее часть.

Пара слов о сферических коровах

Сферические коровы? Секундочку, я все объясню. Закон сохранения энергии может представляться научным эквивалентом идеального банковского счета, но сводить в нем доходы и расходы совсем не так просто, как я до этого вам показывал. Наука может быть таким же сумасшествием, как и реальная жизнь. Как ваш бюджет может быть сведен к нулю множеством мелких плат, так и та полезная энергия, которая попадает к нам, постепенно исчезает множеством не приносящих пользу способов. Иными словами, мы почти всё делаем крайне неэффективно. Затрачивается гораздо больше энергии, чем подсказывает нам чистая наука.

Когда вы проглатываете шоколадное печенье, содержащаяся в нем энергия не потребляется вашим организмом моментально, чтобы тут же превратиться в соответствующее количество потенциальной энергии. Как мы покажем в , большая часть той энергии, которую мы поглощаем с едой, «теряется при переводе». Только около 20 % ее могут помочь нам совершить то, что ученые называют «полезной механической работой» (вроде восхождения по лестнице). Плюс в том, что мы можем потворствовать своей любви к шоколадному печенью, не испытывая особого стыда. Минус, как мы увидим в , состоит в том, что теми же причинами объясняется дороговизна содержания наших автомобилей: только 15 % энергии, которую мы заливаем в их баки, реально расходуется на движение.

Реальная жизнь обычно гораздо запутаннее научных теорий. И это подтверждается всеми моими упрощенными примерами. Если вы попытаетесь вскипятить себе кружку воды для кофе, бешено болтая в ней ложкой, то никогда не добьетесь нужного результата, сколько бы ни старались. Тепло будет исчезать из кружки с такой же скоростью, с какой вы его добавляете. Вода не согреется. Хомячки, бегущие в колесах, которые подключены к динамо-машинам, тоже оставили бы нас без кофе: грызуны устанут бежать задолго до того, как вода запузырится и закипит. Пылесосы с мощностью мотора в 1000 Вт никогда не создадут мощность всасывания, также равную 1000 Вт. Значительная часть электрической энергии, поступающей в их моторы через кабель, теряется в тепле и шуме, выделяемых двигателем.

Если бы ученые разменивались на мельчайшие детали рассматриваемых проблем, они никогда не продвинулись бы вперед в главном. Поэтому тактика «округления» ответов на загадки природы очень важна. Но важно не допускать и профанации. Как мудро заметил однажды Альберт Эйнштейн: «Наука должна быть по возможности простой, но не проще того». Отсюда известная шутка: что произойдет, если вы соберете со всего мира известных ученых и зададите им по-настоящему практический вопрос, например, как увеличить производство молока? Они несколько дней почешут головы, еще несколько дней будут набрасывать на досках свои замысловатые формулы, а потом заявят, что их способ применим только к сферическим коровам, парящим в вакууме.

Назад: Почему нам больно?

Дальше: Глава 3. Супергерои