Ar stiklas teka?  (0)

Ne, jis ne­te­ka. Jei no­ri­te su­ži­no­ti dau­giau, skai­ty­ki­te pla­čiau.

Turinys

  1. Stiklas yra skystis, todėl teka, juk taip?
  2. Kodėl šis mitas nelogiškas
  3. Klampumas
  4. Stiklas neteka

Ankstyvą 1946-ųjų metų pavasario rytą, Clarence'as Hoke'as sėdėjo chemijos pamokoje West Side'o vidurinėje mokykloje Newarke, Naujajame Džersyje. „Stiklas iš tiesų yra skystis“, pasakė mokytojas iš Šiaurės Karolinos švelniai pietietišku akcentu. „Tai galima pamatyti iš spalvoto stiklo vitražų senose Europos katedrose. Jų stiklas apačioje yra storesnis, nei viršuje.“ Dabar, praėjus daugiau, nei pusei amžiaus, tai tėra vienintelis dalykas, kurį prisimenu iš chemijos pamokų mokykloje. Aš tuo nelabai tikėjau tada, netikiu ir dabar. Vėliau šią istoriją girdėjau dar nekartą. Dažniausiai ji pasirodydavo koledžo bendrosios chemijos vadovėliuose. O dabar internetu mūsų muziejus gauna dešimtis paklausimų ar tai yra tiesa. Dauguma žmonių, panašu, nori tuo tikėti.

Stiklas yra skystis, todėl natūraliai teka, juk taip?

Lengva suprasti, kodėl mitas toks gajus. Jis tam tikra prasme pagrįstas. Stiklas ir stikliškumas dažnai apibūdinami, pažymint jų panašumą į skysčius. Todėl geri mokytojai, tokie, koks buvo p. Hoke'as, mėgsta cituoti pasakojimą apie langus. Kaip ir skysčių atveju, stiklą sudarantys atomai nėra išsidėstę tvarkingai – iš čia kyla analogija. Skysčiai teka, kadangi nėra stipriai juos vietoje laikančių jėgų. Jų molekulės gali laisvai judėti viena kitos atžvilgiu, todėl skysčius galima pilti, taškyti, išlieti. Tačiau kitaip, nei įprastiniuose skysčiuose, stiklo atomai laikosi drauge, sujungti stpriais cheminiais ryšiais. Galima sakyti, kad stiklas yra viena milžiniška molekulė. Todėl stiklas standus ir kambario temperatūroje neteka. Taigi takumo ir tekėjimo analogija netinka.

Kodėl šis mitas nelogiškas

Yra bent jau keturios ar penkios priežastys, kodėl mitas nelogiškas.

Prieš keletą metų išgirdau Egonui Orowanui iš MIT priskiriamą pastabą. Orowanas pajuokavo, kad pasakojime apie stiklo takumą išties gali būti tiesos. Pusė gabalėlių languose yra storesnis apačioje, sakė jis, tačiau greitai pridūrė, kad kita pusė storesnė viršuje. Mano patirtis sako, kad, ypač anksčiau gamintuose languose, atskiruose fragmentuose kartais yra aiškus skirtumas colio ar dviejų atstumu. Tai sutampa su šimtus vitražų tvarkiusių konservuotojų ir kuratorių patirtimi.Nors atskiri stiklo gabalėliai lange gali būti nevienodo storio, ir pastebimai banguoti, tai atsirado paprasčiausiai dėl gaminimo būdo. Tikriausiai tai buvo koks nors karūnos ar cilindro metodo pirmtakas ar variantas.

Taip pat įdomu, kodėl šis tariamas stiklo storėjimas apsiriboja tik katedrų vitražais. Kodėl nerandame indų iš Egipto ar heleninių ir Romos imperijos laikų stiklinių indų, kurie būtų praradę formą po ilgų amžių gulėjimo kapuose ar po žeme? Tie stiklo dirbiniai 1000–2500 metų senesni už katedrų vitražus.

Kalbant apie laiką, kiek užtruktų – teoriškai – pastebimas lango sustorėjimas? Prieš daug metų, Dr. Chuckas Kurkjianas pasakojo, kad jo pažįstamas apskaičiavo, kaip greitai – tiesą sakant, kaip lėtai – tekėtų stiklas. Skaičiavimai parodė, kad kambario temperatūroje statmenai pastatytos metro pločio ir centimetro storio stiklo lėkštės sustorėjimui apačioje 10 angstremų* (kelių atomų dydžio pokytis), teoriškai truktų maždaug tiek, koks yra visatos amžius: apie dešimt milijardų metų. Vėliau atliktuose tokiuose skaičiavimuose gaunamos panašios išvados. Bet tokie skaičiavimai tikriausiai atliekami tik pramogai. Kažin, ar lygtus, naudotos tekėjimo greičio apskaičiavimui tinka šiai situacijai.

Klampumas

Taip priartėjome prie klampumo temos. Skysčio klampumas yra jo pasipriešinimo tekėjimui matas – priešingas takumui dydis. Dinaminės klampos matavimo vienetas yra puazas**. Kambario temperatūroje tekančio vandens klampa yra apie 0 01 puazo. Cukraus sirupo klampa yra apie 500 puazų ir jis teka kaip… sirupas. Gabalėlis bri sūrio, išėjus svečiams, paliktas ant stalo, iš savo žievės gali ištekėti į apvalią masę. Šios liūdnos būsenos klampumas yra apie 500 000 puazų.

Klampos pasaulyje reikalai gali tapti gana lipnūs. Aukštoje temperatūroje stiklų klampa gali būti išmatuota ir šie matavimai naudojami praktikoje. Ištraukti iš krosnies, įprastų stiklų konsistencija palengva kinta nuo tirštų dažų iki glaisto, o tada iki ledinuko. Ledinuko klampumo stiklas tebebūtų labai karštas ir tikriausiai švytėtų blankia raudona spalva.

Šiek tiek žemesnėje temperatūroje stiklas tebekeistų temperatūrą nuo savo svorio, o aštrūs kraštai suapvalėtų. Panašiai ir stikle įkalinti burbuliukai pamažu suapvalėtų dėl paviršiaus įtempimo.  Visa tai vyksta, kai klampa yra 50 000  000 puazų eilės, o stiklai tada būna netoli savo minkštėjimo taškų.

Žemiau šių temperatūrų stiklai jau gana tvirti ir atvėsę iki kambario temperatūros, jie, žinoma, jau būna visiškai sutvirtėję. Stiklų klampumas kambario temperatūroje yra 1020 puazų eilės, tai yra maždaug 100 000 000 000 000 000 000 puazų. Mokslininkai ir inžinieriai dėl tikslaus skaičiaus gali ginčytis, bet vargu ar tai turi kokią nors realią fizinę reikšmę, kai klampa tokia didelė. Kalbant apie katedrų langus, sunku patikėti, kad kažkas tokio klampaus išvis galėtų tekėti.

Be to, verta pažymėti, kad kambario temperatūroje metalinio švino klampa yra maždaug 1011 puazų, tai yra, jis apie milijardą kartų mažiau klampus – arba, jei norite, milijardą kartų takesnis – už stiklą. Taigi, vitražo gabalėlius vietoje laikantis švinas turėjo milijardą kartų labiau ištekėti, nei stiklas. Nors švino juostelės nuo didžiulio architektūros spaudimo dažnai išlinksta ir susiploja, niekas nesako, kad švinas teka kaip skystis.

Stiklas neteka

Kai jau viskas pasakyta ir padaryta, pasakojimas apie vitražinių langų tekėjimą – tik todėl, kad stiklui būdingos kai kurios skysčių savybės – yra įdomus pastebėjimas, bet realybėje taip tiesiog nėra.

Pagalvojęs, prisimenu ir dar vieną įsimintiną p. Hoke'o pastabą. Kartą mūsų klasės save pasiskelbęs klounas klasės gale atsisėdo, begėdiškai tėkšdamas knygą ant suolo. „Labdien ir tau, sūneli!“ šūktelėjo Hoke'as. „Baik daužyti suolą knyga. Naudokis galva!“ Tai buvo geras patarimas – nesvarbu, kaip jį beskaitytum.



* angstremas (Å) – 1·10-10m
** puazas – CGS sistemos dinaminės klampos vienetas. SI sistemos dinaminės klampos vienetas – paskalsekundė. 1P=0,1 Pa·s

Dr. Robert Brill
www.cmog.org

Aut. teisės: www.technologijos.lt

(26)
(2)
(24)

Komentarai (0)