Я бы сделал простой лабораторный опыт с двумя одинаковыми «почвенными колонками», чтобы сравнить скорость фильтрации горячей и холодной воды при одинаковых условиях давления.

Что понадобится

• Две прозрачные трубки (или шприцы без поршня) длиной ~20–30 см и диаметром 2–3 см.

• Марля/сеточка и резинки для фиксации внизу.

• Одинаковая, просеянная почва (лучше средний песок или суглинок, предварительно удалив крупные камни/органику).

• Мерный цилиндр(ы) или мензурки.

• Термометр.

• Вода двух температур: «холодная» (например 10–15 °C) и «горячая» (например 50–60 °C).

• Штатив или стойка, чтобы трубки стояли вертикально.

• Таймер.

• Изоляция/полотенце для поддержания температуры в воронке, при необходимости.

Идея опыта

Сравнить коэффициент фильтрации (скорость прохождения воды) при разной температуре, удерживая остальные параметры неизменными: одинаковый тип и плотность упаковки почвы, одинаковая высота водяного столба (давление), одинаковая длина слоя.

Подготовка

1. На дно каждой трубки натянуть марлю/сеточку и зафиксировать.

2. Засыпать одинаковые порции одинаково увлажнённой почвы (лучше перемешать большую партию, затем делить пополам). Уплотнить одинаковым числом лёгких постукиваний, чтобы плотность была одинаковой. Отметить высоту слоя.

3. Сверху уложить тонкий дренирующий слой из крупного песка/гравия (1–2 см), чтобы поток распределялся равномерно.

4. Закрепить трубки в штативе над отдельными мерными цилиндрами.

Проведение

Вариант А (параллельный, самый «чистый»):

1. В левую колонку залить холодную воду до одинаковой отметки (создать одинаковую высоту водяного столба, например 10 см над почвой).

2. В правую — горячую воду той же высоты. Измерить фактическую температуру в каждой колонке.

3. Одновременно открыть (если есть краники) или просто начать отсчёт времени, когда вода коснётся поверхности почвы.

4. За отрезок времени (например 2–3 минуты после выхода первого фильтрата) собирать фильтрат в мерные цилиндры, фиксируя объём каждые 30–60 с и текущую температуру фильтрата. Поддерживать как можно более постоянную высоту водяного столба (доливать воду из воронки до той же отметки).

5. Провести 3–4 повторения, обновляя воду и записывая объёмы/время.

Вариант Б (последовательный, если есть только одна колонка):

1. Промыть колонку холодной водой до стабильного режима, затем провести серию измерений с холодной водой, как выше.

2. Осторожно заменить подачу на горячую воду той же высоты столба и повторить.

3. Чтобы убедиться, что нагрев не изменил структуру почвы, снова вернуться к холодной воде (схема «холод–горячо–холод») и сравнить, не упала ли скорость из-за уплотнения/выноса мелких частиц.

Что записывать

• Температура воды на входе и в фильтрате.

• Высота водяного столба (см).

• Высота и тип почвы, масса засыпки (если есть весы).

• Время и накопленный объём фильтрата (мл).

• Наблюдения: помутнение, образование каналов, всплытие пузырьков.

Обработка результатов

1. Построить график «объём фильтрата (мл) — время (с)» для холодной и горячей воды. Участок со стабильным наклоном — это стационарный режим.

2. Угловой коэффициент линии — расход Q (мл/с).

3. При одинаковой высоте столба сравнить Q_горячей и Q_холодной. Можно пересчитать к удельной скорости (в м/с) или оценить коэффициент фильтрации по закону Дарси:
   $k = \dfrac{Q \cdot \mu \cdot L}{A \cdot \Delta P}$,
   где $L$ — длина слоя, $A$ — площадь сечения, $\Delta P$ — напор, $\mu$ — динамическая вязкость (снижается с ростом температуры). Для сравнения скоростей достаточно соотношения расходов при одинаковом напоре и колонке.

Контроль артефактов

• Использовать две колонки параллельно, чтобы горячая вода не меняла структуру той же пробы.

• Поддерживать одинаковый напор (высоту столба).

• Следить, чтобы не образовывались каналы (если увидели — перемонтировать образец).

• Для глинистых почв горячая вода может вызывать диспергирование частиц — фиксируйте помутнение и будьте аккуратны с интерпретацией.

• Делайте повторы и берите средние значения.

Ожидаемый результат

Горячая вода пройдёт через почву быстрее, чем холодная, потому что её вязкость ниже — при прочих равных поток по порам идёт легче. Разница будет заметнее в песках с крупными порами; в мелкопористых и глинистых грунтах влияние структуры и колматажа может частично нивелировать эффект.

Техника безопасности

Работать с горячей водой в перчатках, не лить кипяток в тонкое стекло/пластик (риск трещин), не перегревать выше ~60 °C, чтобы не деформировать пластик и не обжечься.