Что произойдет, если попытаться выпить газировку через соломинку длиной с многоэтажный дом? В новом эксперименте создатель популярного научно-популярного канала Veritasium Дерек Маллер вместе со своими друзьями решил проверить пределы человеческих легких и законов физики. Это исследование привело команду от простых бытовых тестов на балконе к штурму отвесных океанских скал и изучению фундаментальных уравнений гидростатики.
🥤 Балконные испытания: от обычных соломинок к шестиметровому шлангу 0:00
Идея масштабного физического эксперимента родилась из обычной бытовой лени: во время домашнего просмотра теннисного матча друзьям очень не хотелось спускаться на кухню за прохладительными напитками. В ходе ленивой дискуссии возник закономерный вопрос: соломинку какой максимальной длины можно создать и успешно использовать на практике? Первоначальные предположения участников были весьма скромными и колебались в районе всего 3–4 метров.
Для первой проверки Дерек Маллер наскоро соединил вместе обычные пластиковые трубочки для напитков из супермаркета, получив составную конструкцию длиной около 1 метра. Однако этот предварительный тест с треском провалился: из-за плохой герметичности многочисленных стыков внутрь проникало слишком много воздуха, что мешало подъему колы.
Чтобы радикально решить проблему с герметичностью, экспериментаторы отправились в строительный магазин и приобрели специализированное снаряжение:
- Шесть метров нетоксичной пластиковой трубки.
- Трубку с внутренним диаметром 3 миллиметра для снижения общего объема поднимаемой жидкости.
Один из участников эксперимента, Найджел, поднялся на балкон и спустил эту трубку во двор. Вопреки скепсису Дерека Маллера, который открыто утверждал, что у товарища нет ни единого шанса, Найджел блестяще справился с задачей. Красная жидкость успешно преодолела отметки в два, три, четыре, пять и, наконец, все шесть метров, добравшись до самого верха.
📏 Влияние диаметра и истинная физика процесса 1:46
После первого триумфа Дерек Маллер решил существенно усложнить задачу. Он повторил эксперимент, используя аналогичную шестиметровую пластиковую трубку, но с увеличенным внутренним диаметром — 5 миллиметров против 3 миллиметров у Найджела. Такое расширение значительно увеличивает массу столба жидкости, которую исследователю необходимо удерживать в воздухе исключительно силой своих легких.
Этот этап заставил команду детально разобрать теорию того, как на самом деле работает обычная соломинка для питья. По словам Дерека Маллера, большинство людей ошибочно полагают, будто они механически «всасывают» жидкость ртом. В действительности ключевую роль здесь играет внешнее атмосферное давление:
- Когда человек делает глоток, он открывает легкие и опускает диафрагму.
- Это анатомическое действие значительно снижает давление в ротовой полости.
- Окружающее атмосферное давление, непрерывно давящее на открытую поверхность напитка в стакане, оказывается выше давления во рту.
- Именно эта возникшая разница давлений выталкивает жидкость вверх по трубочке.
Новое испытание со шлангом увеличенного диаметра Дерек Маллер сравнил со спортивными прыжками в высоту, где планка для атлетов постоянно поднимается. Новый участник по имени Куан продемонстрировал предельную концентрацию и упорство. С огромным трудом ему все же удалось поднять колу на высоту шести метров по широкой трубке. После финиша Куан и Найджел поделились специфическим физическим ощущением: при максимальном усилии легких возникало стойкое чувство, будто язык буквально затягивает глубоко внутрь трубки под воздействием разреженного пространства.
🌊 Предел в 10,3 метра: штурм скалы на пляже Тамарама 4:08
Следующей вехой эксперимента стала амбициозная попытка достичь отметки в 10,3 метра — именно такое расстояние, согласно законам физики, является абсолютным теоретическим максимумом для водяного столба при земной атмосфере. Найджел справедливо заметил, что данный предел физически достижим только при условии создания стопроцентного, идеального вакуума. Дерек Маллер в шутку парировал, что идеальный вакуум как раз находится внутри головы самого Найджела.
Для финального теста команда переместилась на известный австралийский пляж Тамарама (Tamarama Beach), где развернула масштабную экспериментальную установку:
- Длинный пластиковый шланг общим размером 10,5 метров.
- Отвесный океанский утес, позволивший закрепить конструкцию строго вертикально.
- Резервуар с подкрашенной жидкостью у самого подножия скалы.
Найджел закрепился на вершине утеса и попытался поднять жидкость на рекордную высоту. Несмотря на колоссальные усилия, предельную фокусировку и отчаянные попытки создать максимальное разрежение в легких, поток воды в шланге внезапно замер. Найджелу удалось поднять жидкость примерно на 7 метров от земли, после чего процесс подъема полностью и окончательно остановился.
🔬 Почему вода не поднимается выше: уроки истории и математики 5:42
Результат Найджела в 7 метров — это выдающийся показатель для возможностей человеческого организма, который оказался значительно лучше результата самого Дерека. Однако фундаментальные законы природы обойти невозможно: даже если бы человек обладал возможностями промышленного насоса и создал идеальный вакуум в полости рта, вода под действием нормального атмосферного давления Земли физически не способна подняться выше 10,3 метров.
Дерек Маллер напомнил, что именно этот физический принцип лежал в основе первых исторических методов измерения атмосферного давления. В барометрах прошлых веков ученые использовали не воду, а жидкую ртуть. Из-за колоссальной плотности ртути стандартное атмосферное давление способно поднять её столб всего на 760 миллиметров (0,76 метра). Если бы исследователи древности конструировали свои первые барометры исключительно на основе воды, им бы требовались громоздкие десятиметровые стеклянные трубки и отвесные скалы для размещения каждого такого прибора. В современной науке давление, как известно, измеряют в килопаскалях.
Математическое обоснование данного лимита высоты выглядит прозрачно. Находящаяся в любой вертикальной соломинке жидкость обладает собственным весом. Этот вес строго равен произведению объема данной жидкости на её плотность и на ускорение свободного падения.
Для механического уравновешивания действующих сил разница давлений ($\Delta P$) должна полностью соответствовать формуле: $$\Delta P = \rho \cdot h \cdot g$$ где $\rho$ — плотность поднимаемой жидкости, $h$ — итоговая высота столба, а $g$ — напряженность гравитационного поля. Если подставить в это уравнение точную плотность чистой воды и значение стандартного атмосферного давления Земли, мы получим максимальный теоретический предел высоты подъема — ровно 10,3 метра. Поднять воду выше этой отметки на нашей планете за счет создания разрежения сверху физически невозможно.
