Глава 9. Продавленные диваны, скрипящие полы

Из этой главы вы узнаете…

Что объединяет старое нижнее белье и крем против морщин.

Почему иногда стакан не разбивается, падая на пол.

Почему начищенные ботинки служат дольше.

Какие вещества может предложить вам наука, чтобы легче было делить шоколад на кусочки.

У известной певицы Джанет Джексон во время суперконцерта на Суперкубке в 2004 году в Хьюстоне произошел инцидент с одеждой, и публика секунду созерцала ее грудь. Этот случай стал темой миллионов заголовков, но в конце концов был признан «неувязкой с гардеробом». Нас окружают вещи и материалы, которые могут неожиданно подвести. Сколько мужчин по утрам скребут щетину безопасной бритвой, проклиная сам факт, что нержавеющая сталь может так затупляться? Сколько полов в мире заскрипело, затрещало или застонало с того момента, как вы начали читать это предложение? А может, вы сами сейчас вертитесь в кресле, удивляясь тому, что оно стало продавленным и не пружинистым (а ведь когда-то было таким удобным!). Все это указывает на то, что совершенных материалов не существует и даже прочные вещи из металла не могут служить вечно.

Но и это не все. Материалы часто подводят нас в самый неподходящий момент. Неожиданные прокол шины или несработавшие тормоза не обязательно доведут до беды, но, когда происходит разрыв обшивки фюзеляжа самолета, летящего на высоте 10 000 м, у его пассажиров мало шансов выжить. В начале 1950-х много шума было из-за семи катастроф первых пассажирских коммерческих реактивных самолетов Havilland Comet. В итоге выяснилось, что причиной стала излишняя напряженность металла вокруг окон кабины и салона. Легко представить себе, как кусок бумаги – тонкий слой высушенных древесных волокон – рвется в ваших руках на две части. Гораздо труднее определить, почему такие прочные материалы, как сталь, разрушаются неожиданно и безо всякой видимой причины или почему ваши любимые домашние шорты со смешными рисунками из мультика про Симпсонов через год обвисают и теряют приличный вид.

Мы уже знаем, как успешно работают многие окружающие нас дома материалы: дерево, стекло, клей. Но что становится причиной проколов?

Потеря эластичности

Я часто думаю, что мог бы прыгнуть с крыши небоскреба или с моста. Раскачиваясь на ходящей ходуном крыше, цепляясь за ограждение, почему бы не прыгнуть в неизведанное? Как ученый я убежден в теории упругости, и если бы я прыгнул, то будьте уверены: мою талию охватывал бы надежный пояс с прикрепленным к нему суперэластичным тросом. Упругость – материальное воплощение поворота времени вспять: будущее похоже на прошлое, в которое всегда можно вернуться.

Как появились эластичные материалы? У вас дома наверняка есть эластичные резинки, жгуты, ремешки для часов, клеящаяся пленка и т. п. Хотя по сути эластичных материалов не существует. Этим термином мы называем более-менее растягивающиеся материалы. В главе 1 мы заметили, что высочайшие здания мира раскачиваются с амплитудой до метра на самом верху. Так что даже такое неподходящее к определению «растягивающееся» сооружение, как небоскреб, по сути, обладает этим свойством (иначе оно упало бы). Если говорить точно, то упругие материалы являются эластомерами . Самый известный из них – каучуковая резина (причем это эластомер природный). Эластомеры – материалы, которые состоят из больших перевитых молекул. Когда вы их растягиваете, молекулы расходятся и выпрямляются, но сразу возвращаются в первоначальное состояние, как только вы прекращаете воздействовать на материал с силой.

▲ Почему растягивается резина? Каучук (сырье для резины) состоит из длинных, переплетенных между собой молекул. Когда вы растягиваете кусок латекса, молекулы выпрямляются и растягиваются (проявляя пластичность), но тут же сокращаются и занимают прежний порядок, как только вы растягивание прекращаете (проявляя упругость). Каучуку можно придавать разную форму без применения большой силы. Поэтому он непрочный, сильно размягчается и становится липким даже при невысоких температурах. Твердая, черная вулканизированная резина – естественный каучук, «приготовленный» с серой. Этот процесс был случайно открыт американским изобретателем Чарльзом Гудьиром в 1839 году после многих лет безуспешных экспериментов. Тогда он случайно уронил каплю латекса на горячую печь. Сера помогает образовывать крепкие поперечные связи между молекулами каучука. Чтобы растянуть эти крепко сцепленные между собой молекулы, необходима значительная сила. Поэтому вулканизированная резина тверже, прочнее и долговечнее каучука. Она сохраняет прочность в значительном диапазоне температур – от 60 до 200 °C. Она незаменима для автомашин.

Каучук иногда используется в неожиданных местах. Раньше жевательную резинку делали из натурального каучука – чикла. Он до сих пор используется в праздничных воздушных шариках и авторезине[118]. Современные жевательные резинки изготавливаются из синтетических каучуков вроде стирол-бутадиена (он может входить и в состав подошв ваших туфель) или поливинилацетата (который содержится в скользком клее-карандаше)[119]. Так что не стоит глотать такую жвачку.

Пластичность или упругость?

Иногда под «эластиками» мы понимаем любые эластичные материалы, но с научной точки зрения упругость – почти полностью обратимая растяжимость. Когда вы растягиваете резиновую ленту и отпускаете ее, она возвращается в свои первоначальные размер и форму. Если вам не наскучит, вы можете повторить это упражнение сотни раз с тем же эффектом.

Как неправильно называть все эластичные вещи «эластиками», так же неправильно называть и все сделанное из пластмассы «пластиками». Под ними мы подразумеваем яркие изделия вроде пластмассовых сосудов или зубных щеток. Однако пластичный в строгом научном понимании означает «мягкий, податливый, изменяемый». Пластические материалы (для простоты будем называть их пластмассами) не обязательно податливы или мягки, когда находятся в ваших руках. Но основа, из которой они сделаны (в основном это различные смеси углеводородов), изначально была мягкая и горячая. Поэтому из нее можно создавать яркие изделия для вашего дома путем закачивания ее в формы, сжатия или раскатывания (различных видов деформации). Другая причина податливости пластмасс состоит в том, что мы можем производить из них очень тонкие волокна. Например, волоски зубной щетки сделаны путем пропуска расплавленной пластмассы через специальные устройства с тысячами маленьких отверстий, называемые многоканальными мундштуками. Волокна пластмассы в нейлоновых чулках еще тоньше. Поразительно, но в одном обычном нейлоновом чулке содержится около 9 км тончайших нейлоновых волокон. И они при этом имеют массу всего около 15 г.

Изделия из пластмасс обладают упругостью. Вы можете немного изогнуть толстую ручку зубной щетки, и она сразу же вернется в первоначальное положение. Если вы приложите больше усилий и отогнете ее сильнее, то поймете, почему пластмассы получили такое название. Возьмите красную щетку и сильно изогните ее ручку. Вы увидите в структуре материала бело-розовые полоски. Если вы посмотрите на этот участок в поляризационный микроскоп (который пропускает свет только определенной поляризации[120]), то сможете увидеть удивительную картинку радуги, обусловленную явлением фотоупругости [121]. И вы можете изгибать пластмассу до тех пор, пока она не сломается.

Вы можете заметить неприятный запах при сильном изгибании или переломе пластмассового изделия. Он вызван напряжением в структуре и теплом от воздействующей силы. Запах дают полимеры в структуре пластика. Пластмассовые изделия сами по себе могут иметь неприятный запах. Дорогие пластмассовые куклы часто начинают сильно вонять, потому что старые мочевинно-формальдегидные смолы, использованные в их изготовлении, разлагаются. Поэтому опытные торговцы бижутерией испытывают незнакомые сорта пластмасс, погружая их в горячую воду или быстро натирая, а затем принюхиваясь к запаху. Например, целлулоид на основе нитрата целлюлозы пахнет нафталином. Производимые на основе формальдегидов бакелит и галалит пахнут горелым молоком, а ацетатно-целлюлозные пластики издают запах уксуса.

Через край

Пластмассы в какой-то мере упруги. Но иногда подобные материалы теряют это свойство – либо неожиданно, либо постепенно. Если вы растянете резиноподобный материал слишком сильно, вы можете превысить уровень его упругости. Он будет и дальше растягиваться, но уже не вернется в изначальную форму.

Даже металлы отчасти упруги. Иначе езда на машине приводила бы к быстрой деформации ее корпуса, двигателя и всех соединений, которых в ней множество. Резиновые шины автомобиля и металлические амортизаторы поглощают много энергии, но вибрация по-прежнему остается для него серьезной проблемой – хоть и не фатальной[122]. Стиральные машины не распадаются на куски, потому что большинство их металлических деталей микроскопически растягиваются и сжимаются, своей упругостью компенсируя действующие на устройство силы. Если слегка ударить по столу камертоном, он издаст звук «до» средней октавы, потому что его концы эластично вибрируют с так называемой резонансной частотой, которая составляет несколько сот колебаний в секунду. Но вы не можете воздействовать на металл слишком сильно и не вызвать его пластическую деформацию (долговременное изменение формы).

Сталь растягивается примерно в 200 000 меньше, чем резина, которую вы легко можете растянуть в несколько раз[123]. Но в этом деле и резина – не чемпион. В соревновании на упругость ее побеждают гидрогели . Их можно растягивать в 20 раз[124]. Если бы щеки джазового трубача-виртуоза Диззи Гиллеспи были сделаны из гидрогеля, то каждую он смог бы растянуть до размеров своего желудка. Но, возможно, и это не предел. В 1970 году профессор Джеймс Гордон в своей книге «Конструкции», одной из лучших книг о природных материалах, составил таблицу самых прочных и самых эластичных материалов. Среди последних первое место заняла «рубашка» эмбриона беременной саранчи, которая оказалась в 35 раз растяжимей резины[125].

Эластичные материалы теряют упругость при превышении пределов их гибкости или растяжимости и под влиянием времени. Со временем снижается упругость резинового жгута, пусть и не очень значительно. Попытайтесь поносить резинку на запястье два-три месяца, и вы всё увидите сами. Сначала она будет держаться на руке плотно, затем растянется и обвиснет, а в итоге порвется. Почему? Каждый раз, когда вы подтягиваете жгутик вверх или опускаете вниз, вы раздвигаете молекулы резины, не давая им возможность занять первоначальное положение. Если вы несколько раз потрете резину в ладонях и приложите ее к губам, то почувствуете, что она стала теплее. Это тепло представляет собой энергию, которую вы уже никогда в резину не вернете. Чтобы вызвать долговременную деформацию вулканизированной резины (той, что используется в автошинах и производится смешением каучука с серой), необходимо гораздо больше циклов воздействия и энергии, чем для того, чтобы деформировать, скажем, воздушный шарик или резинку на руке[126].

После нескольких сот подтягиваний и отпусканий резинки молекулы в ней уже не возвращаются в первоначальное положение. Она по-прежнему растягивается, но уже менее охотно принимает первоначальную форму. То же относится и к другим растяжимым материалам: от эластичных компонентов женского бюстгальтера до пружин кровати. Более того, этот принцип действует и в отношении вашей кожи. Многомиллиардный рынок средств от морщин у женщин основан на простом и неизбежном научном факте: все эластичные материалы, включая человеческую кожу, со временем свою эластичность теряют. С 10 до 70 лет кожа утрачивает примерно треть своей эластичности. Главным образом это происходит к возрасту 40 лет. Тому есть и механические причины (например, появляются морщины от смеха и проявлений других эмоций), но сильнее всего на кожу воздействует солнечный свет. Кожа на щеках теряет эластичность вдвое быстрее, чем на закрытых участках тела, скажем предплечьях[127].

Излом материалов

Упругость и пластичность не всегда можно четко различить. Когда я учился в школе, мы любили гнуть пластиковые линейки до тех пор, пока они неожиданно с громким треском не ломались. Тогда вместо деревянных линеек стали использовать блестящие линейки из пластмасс. Они разламывались на мелкие осколки, похожие на стекло. Производители позже разработали другие, более «безопасные» изделия, из более пластичного и одновременно эластичного акрила, который сгибался и напрягался, но хотя бы звуком предупреждал о том, что вот-вот сломается.

Ломающиеся материалы тоже эластичны, но в такой незначительной степени, что мы этого не замечаем. Предел их упругости значительно меньше, чем у резины. Даже стекло эластично: более того, оно вдвое эластичнее стали[128]. Когда вы попадаете футбольным мячом в стекло и он отскакивает от него, стекло проявляет свою пусть незначительную, но эластичность. При этом стекло вибрирует, и так же вибрирует отражение в нем. Самый безопасный способ демонстрации эластичности стекла – щелчок ногтем по стеклянному бокалу или проведение мокрым пальцем по его верхнему краю. При этом бокал издает звук. Стекло в силу своей эластичности немного вибрирует, и это порождает звук.

Пределы воздействия на стекло значительно меньше, чем на по-настоящему эластичные или пластичные материалы, а также на более жесткие материалы вроде стали. Трудно поверить, что стекло эластичнее стали и при этом так легко разрушается. Но тут нет противоречия. Стекло разбивается из-за того, что достаточно небольшой энергии, чтобы нарушить его структуру и вызвать в нем трещины. Но это не значит, что оно разбивается всегда. Вы можете уронить бокал или чашку, и если вам повезет, то они останутся целы. Почему? В следующий раз понаблюдайте повнимательнее, и вы заметите, что оброненный стеклянный предмет меняет свое положение в пространстве. Значительная часть энергии тратится на изменение траектории его движения или вращение. Стеклянный предмет поглощает меньше энергии – соответственно, уменьшается и вероятность его разрушения.

У пластичных материалов всегда есть предел пластичности. Вы можете несколько раз сгибать и выпрямлять металлическую линейку (это значит, что металл пластичен – вы можете его деформировать). Но в какой-то момент она распадется на две части. Это отлично видно на примере металлических скрепок для бумаги. Если вы согнете и разогнете скрепку с десяток раз, она, скорее всего, сломается. Почему? Потому что в кристаллической решетке металла нарушается порядок расположения атомов. Повторное воздействие силы заставляет деформироваться новые слои атомов, что в итоге приводит к разрыву структуры. На финальной стадии для структуры энергетически выгоднее распасться, чем оставаться единой. В критической точке (в науке она называется критической длиной трещины Гриффитса) этот разрыв может получить изнутри материала достаточно энергии для того, чтобы разъединить его части.

▲ Использование трещин в материалах. Материалы обычно распадаются, когда маленькие трещины в них получают достаточно энергии, чтобы превратиться в разрывы. Производители шоколада используют этот принцип, чтобы помочь вам разделить его на дольки. Для этого на поверхности плитки при отливке делаются специальные канавки, по которым она разламывается. Когда вы давите на края плитки, в шоколаде создается натяжение и его силы действуют на плитку по параллельным линиям. На поверхности плитки силы концентрируются вокруг канавки. В результате она ломается вдоль канавок – как вы и хотели [129].

Некоторые материалы разрушаются в силу своей непрочности. В других разрушения могут происходить из-за ошибок производства, когда наибольшая нагрузка падает на самые слабые места. В злополучных самолетах Havilland Comet причина состояла в том, что вырезы в фюзеляже для окон и дверей ослабили металлическую конструкцию корпуса. В результате систематического воздействия гигантских сил на фюзеляж ослабли заклепки и другие соединения, что привело к фатальным последствиям. Производитель протестировал самолеты и определил срок их службы в небе в 10 лет, но ошибся. Реальные нагрузки оказались втрое больше тех, которые инженеры обнаружили при лабораторных испытаниях. В результате произошли трагические катастрофы этих самолетов после пары лет эксплуатации[130]. Грубо говоря, эти аппараты были похожи на металлические скрепки, которые без конца сгибались и разгибались огромной силой сопротивления воздуха. Эти случаи стали классическими примерами того, что мы называем усталостью металла : неожиданное его разрушение под воздействием кумулятивного эффекта от постоянного механического напряжения.

Скрип

Признаки возможного разрушения материалов не всегда надежны. Если вы живете в старом доме со скрипящими полами, то можете так привыкнуть к ним, что даже будете находить в этом какое-то очарование. Вы начнете узнавать каждую доску по звуку и даже научитесь проходить на цыпочках между скрипящими половицами, когда встаете ночью. Но если вы живете в современном многоквартирном доме и неожиданно оказываетесь на чьих-то скрипящих полах, то вас может посетить мысль: а насколько безопасно это жилище? Не означает ли этот скрип ослабление и обветшание всей конструкции дома? А вдруг он и вовсе обрушится вам на голову?

Поющие и скрипящие полы – обычно благоприятный признак. Это значит, что дерево сжимается и разжимается, успешно поглощая давление и напряжение. Деревья на ветру тоже постанывают, и это вовсе не значит, что они вот-вот упадут (хотя при сильном ветре такое случается). Почему дерево скрипит и издает звуки, похожие на стон, а другие материалы нет? Дерево – единственный природный растительный материал, который используется для строительства больших сооружений, несущих значительную нагрузку. Оно состоит из полых трубчатых волокон, плотно сжатых в прочной структуре. По мере того как эта структура сжимается и растягивается, волокна внутри ее трутся друг о друга, издавая разные звуки. Полы в домах поют, когда половицы трутся друг о друга, а также в местах сочленения с основанием пола – брусьями или лагами. Особо прочные породы дерева обычно малоэластичны и не издают звуков. Чем мягче и эластичнее дерево, тем больше движения происходит между его волокнами и тем чаще оно «поет». Изменения температуры и влажности тоже заставляют дерево расширяться или сжиматься, поэтому громкость и тон скрипов в доме могут меняться от сезона к сезону. Полы обычно больше скрипят летом, когда они суше, чем зимой, когда они более холодные и влажные, а волокна дерева набухшие.

Дерево и корабли

Старые деревянные корабли ужасно скрипели и стонали, когда прыгали по волнам. Но это всегда был и знак того, что их корпус может сгибаться и растягиваться под ударами стихии. В XIX веке появились стальные корабли, и они не скрипели, как деревянные. Испуганные инженеры боялись, что эти суда окажутся менее податливыми и безопасными. Легко понять, почему они так переживали, если представить себе прыжок человека со стены. При приземлении немного согните колени и сгруппируйтесь – и вы сможете поглотить значительную часть энергии удара. Попробуйте «зафиксировать» и выпрямить при приземлении ноги – и вы запросто можете повредить себе спину. Деревянный корабль, «растягивающийся» на волнах, немного похож на подростка на скейтборде, который ловко сгибает колени, чтобы смягчить удары от неровностей на дороге.

Разламывались ли стальные корабли? Опасения инженеров оказались напрасными: сегодня металлические суда правят океаном. Но есть и проблемы. Как пишет известный историк флота Джордж Голдсмит-Картер, более жесткие стальные корабли «более склонны к инцидентам». Тяжело груженные, они прыгали по волнам, подвергая слишком сильной нагрузке мачты и опалубку, и в результате часто переворачивались[131]. Интересно, что деревянные суда оказывались более подходящими для плавания в арктических широтах в замерзающих льдах. Бо льшая упругость деревянного корпуса позволяла легче высвобождаться из ледового «плена»[132]. Известный полярный исследователь Фритьоф Нансен намеренно построил свое экспедиционное судно «Фрам» из очень прочного железного дерева, нектандра. Это судно способно было зимовать во льдах, а затем продолжать свой путь при открытии воды[133].

Износ и выгорание

Изношенность – понятие растяжимое. Например, изношенными можно назвать туфли, подошвы которых разрушились от трения. Каждый раз, когда вы поскальзываетесь в них, вы стираете несколько слоев атомов, и в какой-то момент у вас ничего не остается. Изгибание кожаного верха туфель похоже на сгибание и разгибание скрепки для бумаги, хотя благодаря наличию коллагенов (протеинов) кожа более упруга и может выдержать тысячи сморщиваний, прежде чем разрушится. Разумеется, живая кожа животного еще эластичнее, но выделанная гораздо более долговечна , поскольку в процессе дубления из нее удаляется вода и создаются прочные взаимосвязи между молекулами протеина – вроде тех перекрестных связей, которые мы видим в вулканизированной резине[134]. Мы чистим обувь, чтобы смазать волокна коллагена и придать им эластичность и мягкость (разумеется, при этом мы не забываем и о блеске обуви, а также защите от влаги). Но к обуви мы еще вернемся в главе 18.

Выгорание

Когда кожаные ботинки полностью изнашиваются, это означает, что мы довели составляющие их материалы до точки разрушения. Но, чтобы расстаться с любимым платьем или рубашкой, не обязательно дожидаться появления дыр. Возможно, вас начнут раздражать их потрепанный вид или выгоревшие краски. Почему же выгорает текстиль? Обычно причина в том, что текстиль в большинстве случаев окрашен (путем добавления химических веществ в волокна ткани). Солнечный свет обесцвечивает вещи прежде всего потому, что он содержит ультрафиолет (тот самый высокочастотный свет, который дарит нам загар). Когда ультрафиолет попадает на молекулы красителей, он вызывает процесс фотодеградации : молекулы перестраиваются в другую структуру, которая уже не отражает свет так же, как раньше. Вы наверняка замечали, что чеки из магазинов (и факсы) быстро бледнеют на солнечном свете. Они печатаются не чернилами, а термочувствительными химикатами (лейкосоединениями) , которые бывают двух типов: бесцветными и цветными. Когда термопринтер проводит нагретой печатной головкой по термочувствительной бумаге, возникают значки и буквы, потому что лейкосоединения трансформируются из бесцветной формы в черную. Ультрафиолет вновь заставляет лейкомолекулы перестраивать порядок, обесцвечивая напечатанный текст[135].

Пластмассы тоже фотодеградируют, причем быстро и сильно. Когда лондонский стадион Уэмбли реконструировали за очень большие деньги, там было установлено около 27 000 ярко-красных кресел. Но очень скоро 17 000 из них вылиняли до розового цвета[136]. Вы, наверное, уже замечали, что белый пластик со временем мутнеет или даже приобретает отвратительный желтоватый оттенок. В этом опять-таки виновата фотодеградация. Через прозрачный пластик (вроде того, что используется в бутылках для питьевой воды) световые волны проходят практически без изменений. Когда молекулы пластика желтеют, они могут пропускать только часть видимого спектра, поглощая остальное. При этом пропускаемый ими свет в основном относится к красному и зеленому спектрам, поэтому старая пластмасса приобретает желтый оттенок. Вдобавок такая пластмасса становится очень хрупкой и легко разрушается. Процесс разложения пластика неприятен, но это один из лучших способов его уничтожения в природных условиях. Если бы не было естественных явлений, таких как фотодеградация, пластмассы окружали бы нас всегда и всюду.

Ржавчина и гниение

Не все материалы разрушаются под действием физических законов. С некоторыми это происходит в результате химических или биологических процессов. Когда ваша машина начинает ржаветь, а со временем и разваливается на куски, то это происходит под влиянием химических явлений. Там, где содрана краска, происходит контакт стального корпуса с атмосферным кислородом и водой. В результате появляется окись железа, более известная как ржавчина. В отличие от крепкого и прочного железа, его диоксид – порошкообразное вещество. Так что ржавчина ослабляет металлические изделия, изготовленные из железа и стали. Как мы видели в главе 7, добавление хрома в железо создает на нем защитную «пленку» из оксида хрома, которая защищает атомы железа от атак кислорода и воды, оберегая их (хотя и не полностью) от ржавления. Краска выполняет ту же функцию. В детстве я думал, что люди красят машины для того, чтобы они красивее выглядели. Но это достоинство автокрасок случайно. Главное их предназначение – предохранять корпус и другие металлические детали от коррозии. Алюминиевые корпуса машин и судов не нуждаются в покраске. Вокруг этого металла сам собой образуется защитный слой оксида алюминия, придавая ему блеск.

Гниение сродни ржавлению. Но его вызывают микроорганизмы, которые поражают прежде всего дерево, а не металл. Решение здесь такое же, как и для металлических поверхностей: создать барьер между деревом и наполненным этими микроорганизмами воздухом. Но здесь нас подстерегает другая проблема. Покрасьте оконные рамы, и вскоре вам придется беспокоиться не о целостности дерева, а о целостности красочного покрытия. Оно «дышит», расширяется и сужается в зависимости от температуры воздуха. В результате в нем возникают трещины, оно отслаивается и отсоединяется от дерева, снова делая его беззащитным. Для защиты деревянных сооружений применяется креозот – угольная смола, включающая в себя около 100 различных элементов и работающая по иному принципу. Он защищает дерево изнутри, а не снаружи. Креозот крайне токсичен для любых микроорганизмов (бактерий, грибков) и насекомых, живущих в дереве. Именно поэтому им покрывают деревянные заборы и телеграфные столбы. Проблема креозота в том, что он опасен для окружающей среды. Он не только токсичен, но и канцерогенен[137]. Так что, решая с его помощью одну проблему, вы можете заполучить другую.

Деревья могут раскачиваться на ветру сотни лет, а оконные рамы служат несколько десятилетий. Почему живое дерево не гниет гораздо дольше, чем изделия из «мертвого» дерева, вроде дверей и оконных рам? Дело в том, что живое дерево защищает кора, которая богата смолами и воздействует на жучков и насекомых подобно креозоту. Поэтому, например, в Лапландии кора березы традиционно используется при изготовлении водоотталкивающей одежды и обуви[138]. Целлюлоза в дереве (базовый материал, из которого оно состоит) и лигнин (сложный полимер в стенках клеток растений) вместе создают очень плотную субстанцию, которая предотвращает проникновение в дерево воды и живущих в ней микроорганизмов. Незащищенная древесина в деревянных сооружениях обычно более влажная и теплая – это-то и нужно различным грибкам для буйного пиршества.

Как пластик лечит себя

Как неприятно, если кто-то поцарапает вашу машину на улице! Как было бы замечательно, если бы машина сама понимала, что с ней случилось, немедленно отправлялась в автосервис и автоматически перекрашивалась еще до того, как вы к ней вернетесь. Пока это только мечты. Но что-то подобное уже существует: самовосстанавливающаяся краска. Большинство современных красок – по сути, пластмассы (полимеры акрила, к которым добавлены разные пигменты), которые распыляются тонким слоем по защищаемым поверхностям вроде дерева или металла. Исследователи и специалисты уже разработали краски со встроенным механизмом самовосстановления, который срабатывает при малейшем ущербе для красочного слоя. Такие вещества называются самовосстанавливающимися материалами .

Как они работают? В составе синтетической краски обычно присутствуют микрокапсулы клея и катализатор (вещество, ускоряющее химическую реакцию). Когда красочное покрытие нарушается (возникает царапина или отслаивание), микрокапсулы раскрываются, из них вытекает клей, а с помощью катализатора происходит химическая реакция, в результате которой повреждение краски быстро устраняется. Другие подобные краски включают микроскопические трубочки (похожие на капилляры), которые подсоединены к некоему микрорезервуару, заполненному клеем. Когда покрытие трескается, резервуар раскрывается и по микротрубкам подводит защитное химическое вещество в место «аварии».

Легко себе представить, как самовосстанавливающиеся краски «ремонтируют» небольшие царапины и повреждения на покрытии. А как быть с более солидным ущербом? Американское агентство NASA разрабатывает материалы, которые могут самостоятельно восстанавливать ущерб, наносимый фюзеляжу боевого самолета пулями или космическому кораблю – мелкими метеоритами. Когда пуля попадает в пластическое покрытие фюзеляжа самолета, выделяется столь значительная энергия, что она разогревает материал до жидкообразного состояния. Эта масса пропускает пулю, а затем закрывает и «запечатывает» отверстие. В лабораториях NASA испытаны материалы, которые могут «запечатывать» отверстия, оставляемые на корпусах космических кораблей микрометеоритами, летящими со скоростью 18 000 км/ч, в 20 раз быстрее Boeing-747[139].