Яков Перельман - Физика на каждом шагу
Но свободный воздух «греет» слабо, и вот почему: нагретые телом слои воздуха, более легкие, оттесняются вверх более тяжелыми, ненагретыми, и, непрерывно сменяясь, уносят теплоту нашего тела. Чтобы сделать воздух дурным проводником тепла, надо ослабить его подвижность, лишить его возможности перемешиваться. В таком состоянии и находится воздух в порах одежды и снега.
Итак, вот в чем состоит греющее действие снега на покрытую им землю: он не повышает температуры почвы, а только замедляет остывание земли, нагретой лучами летнего солнца.
Где устраивать форточку?
Где надо устраивать форточку: вверху окна или внизу?
Рис. 79. Откуда воздух притекает, когда печь топится при открытой форточке?
Существуют квартиры, где форточки устроены внизу. Это, конечно, удобно: для их открывания и закрывания не приходится становиться на стул. Однако низкие форточки плохо выполняют свое назначение – вентилировать комнату. В самом деле: отчего происходит обмен наружного и комнатного воздуха через форточку? Оттого, что наружный воздух холоднее внутреннего и как более тяжелый вытесняет его. Но он заливает только ту часть помещения, которая лежит ниже форточки. Весь же тот воздух, который находится в комнате выше уровня форточки, не участвует в обмене, – он не вентилируется.
Как зимой проветривать комнаты?
Лучший способ проветривать комнату зимою состоит в том, чтобы в часы, когда топится печь, открывать форточку. Холодный и свежий наружный воздух будет тогда вытеснять теплый, более легкий воздух комнаты в печку, откуда через дымовую трубу комнатный воздух станет выходить наружу.
Не следует думать однако, что то же самое будет происходить и при закрытой форточке, так как наружный воздух станет тогда проникать в комнату через щели в стенах. Он, правда, просачивается в комнату, но не в достаточном количестве, чтобы поддерживать горение в печи. Поэтому, помимо воздуха с улицы, в комнату проникает также воздух через щели в полу и в квартирных перегородках – воздух зачастую из таких помещений, где он не может быть ни чистым, ни свежим.
Разница между притоком воздуха в том и в другом случаях наглядно показана на наших рисунках; течения воздуха обозначены на них стрелками (рис. 79).
Вертящаяся змейка
Сейчас мы упоминали о том, что теплый воздух вытесняется вверх.
Вот простой способ убедиться в этом.
Из почтовой карточки или из листа плотной бумаги вырежьте кружок величиной с отверстие стакана или немного больше. Прорежьте затем его ножницами по спиральной линии в виде свернувшейся змейки, кончик хвоста змеи наложите, – слегка надавив его сначала, чтобы сделать маленькую ямку в бумаге, – на острие вязальной спицы, воткнутой в пробку. Завитки змеи при этом опустятся, образуя нечто вроде спиральной лестницы.
«Змея» готова; можно приступить к опытам. Поместите ее около топящейся кухонной плиты: змея завертится тем проворнее, чем плита горячее. Вообще возле всякого горячего предмета – лампы, самовара – змея будет оживленно вращаться, без устали и остановки, пока предмет горяч. Хорошо вертится змея, если подвесить ее над керосиновой лампой.
Что же заставляет змею вертеться? То же, что вращает крылья ветряной мельницы: ток воздуха. Возле каждого нагретого предмета существует течение теплого воздуха, поднимающегося вверх. Происходит этот ток оттого, что при нагревании воздух, как и все тела (кроме ледяной воды), расширяется и, значит, становится реже, т. е. легче. Окружающий воздух, более холодный, а следовательно и более плотный, тяжелый, вытеснит его вверх, заступая его место, но, тотчас же сам нагревшись, разделяет его участь и вытесняется новой порцией более холодного воздуха. Таким образом каждый нагретый предмет порождает над собой восходящее течение воздуха, которое поддерживается все время, пока предмет теплее окружающего воздуха. Другими словами, от каждого нагретого предмета дует вверх незаметный теплый ветерок. Он-то и ударяет в витки нашей бумажной змейки и заставляет ее вертеться, как ветер вертит крылья мельницы.
Рис. 80. Почему вертится бумажная змейка над лампой?
Вместо змеи можно заставить вращаться и бумажку иной формы, например в виде бабочки. Лучше вырезать ее из папиросной бумаги и, перевязав посредине, подвесить на очень тонкой ниточке или на волосе. Подвесьте такую бабочку над лампой, – она закружится, как живая. Бабочка отбросит на потолок свою тень, которая будет повторять в усиленном виде все движения бумажной бабочки. Человеку, не знающему, в чем дело, покажется, что в комнату залетела крупная черная бабочка и судорожно порхает под потолком.
С расширением воздуха от нагревания и с его восходящими теплыми течениями мы встречаемся положительно на каждом шагу Все знают, что в натопленной комнате самый теплый воздух скопляется у потолка, а самый холодный стекает к полу Оттого нам и кажется зачастую, что дует снизу в ноги, когда комната еще недостаточно нагрелась. Если приоткрыть дверь из теплой комнаты в прохладную, холодный воздух втекает снизу, а теплый вытекает вверху; пламя свечи возле двери укажет направление этих течений. Желая сохранить тепло в натопленной комнате, вы должны заботиться о том, чтобы через щель под дверью не втекал холодный воздух. Для этого достаточно прикрыть эту щель ковриком или хотя бы даже просто газетным листом; теплый воздух, не вытесняемый снизу холодным, не сможет тогда выходить через верхние щели комнаты.
Рис. 81. Как изготовляется маленький воздушный шар из папиросной бумаги. Гондолой служит крышка от жестянки; в нее кладут смоченную спиртом ватку и поджигают; шар пускают, едва только пламя погаснет (но не ранее – иначе возможен пожар)
А что такое «тяга» в печи или в фабричной трубе, как не восходящий ток теплого воздуха? А бумажные воздушные шары, пускаемые во время гуляний, разве не оттого они поднимаются, что воздух, нагреваемый в них (от пропитанной спиртом зажженной ваты), легче окружающего холодного? Мы могли бы рассказать еще о теплых и холодных течениях в нашей атмосфере, о «пассатах», «муссонах», «бризах» и тому подобных ветрах, но это отвлекло бы нас слишком далеко. Расскажем только об одном – о том, как поднялся первый воздушный шар.
Первый воздушный шар
В наши дни воздушные шары (или, как часто их называют, аэростаты) поднимаются на высоту двух десятков километров и выше. Советские воздухоплаватели Федосеенко, Васенко и Усыскин поднялись, как уже было сказано, на шаре особого устройства до высоты 22 километров. Но когда был пущен первый воздушный шар, он поднялся только на 2 километра. Для людей того времени, впервые видевших подобное зрелище и никогда о нем не слыхавших, это было необычайной диковинкой. Первый воздушный шар был изготовлен и пущен двумя братьями-французами Монгольфье в 1783 г., боле двухсот лет назад. Послушаем, как рассказывает об этом событии один из очевидцев (профессор ботанического сада Фожа):
«Велико было удивление публики, когда они увидели на площади шар в 35 метров в окружности, к нижнему концу которого была прикреплена большая деревянная рама. Его оболочка, вместе с рамой весила 250 килограммов и могла вместить 630 куб. метров газа. Когда изобретатели этой машины объявили, что она поднимется до облаков, лишь только будет наполнена газом, который они приготовят самым простым способом, то, несмотря на уважение к просвещенности и уму Монгольфье, это показалось присутствующим мало вероятным; даже наиболее образованные и наименее предубежденные люди решительно усомнились в успехе опыта.
«Наконец Монгольфье приступают к делу. Они начинают с приготовления газа, который должен вызвать поднятие шара. Машина, которая представляла собою лишь полотняную оболочку, подклеенную бумагой, и имела вид гигантского мешка в 11 метров вышины, начинает надуваться и увеличиваться на глазах присутствующих, принимает красивую форму и стремится подняться вверх. Сильные руки удерживают ее в ожидании сигнала; когда же сигнал был подан, шар быстро поднимается в воздух. Ускоренно уносится он на высоту 1 800 метров в продолжение не более десяти минут. Затем он проходит 220 метров в горизонтальном направлении и, потеряв много газа, медленно спускается.
Рис. 82. Подъем первого воздушного шара братьев Монгольфье во Франции в 1783 г.
«Без сомнения, шар продержался бы в воздухе значительно дольше, если бы было возможно внести в его устройство больше прочности. Но цель была достигнута, и этою первою попыткою, увенчавшеюся столь счастливым успехом, Монгольфье навсегда закрепили за собою славу одного из самых удивительных открытий».
Шар этот поднялся без людей. Спустя несколько месяцев состоялся и подъем первых живых «пассажиров»: это были курица, утка и баран.
