Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей
Почему так происходит? Когда ты продавливаешь в листе бумаги канавки шариковой ручкой, меняются свойства самой бумаги. Волокна, из которых делают бумагу, сжимаются, начинают по-другому впитывать воду. Эти различия и проявляются потом при повторном намачивании.
25
Прибор из зеркала
Для опыта нам потребуется: обычное маленькое зеркальце.
Теперь попробуем поработать с газами. Большинство веществ в природе могут находиться в нескольких состояниях: быть твердыми, жидкими или превращаться в газ. Обычная вода может быть твердой (лед), жидкой (и тогда мы ее пьем) или превращаться в пар (тогда вода живет по законам газов).
Есть очень много полезных вещей, основанных на этом простом физическом явлении. Самый простой пример – отклеивание марок от конвертов. Любители собирать марки могут легко отделить марку, подержав ее над носиком кипящего чайника. Водяной пар (газ) равномерно оседает на холодном конверте, смачивает его тонким слоем, растворяет клей – и получите готовую марку!
Мы можем проверить, правда ли, что пар – это другое состояние воды. Поднеси к носику кипящего чайника холодную столовую ложку (остудив ее заранее в холодильнике). Только бери ложку тряпкой, чтобы случайно не обжечь руку.
Ты увидишь, как на ложке мгновенно образуются капли воды – выпадает роса.
Почему пар не выпадает росой или дождем просто так, но «выпадает» на ложке? Потому что, когда пар вылетает свободно в воздух, он расширяется, разлетается по всей комнате. При этом охлаждаясь, он слишком разрежен, чтобы выпасть росой. А ложка холодная, легко отнимает тепло у пара и резко охлаждает его, когда пар еще достаточно густой. Именно поэтому после захода солнца, когда воздух резко остывает, образуется туман (водяной пар, сгущающийся из воздуха), и на холодной траве выпадает роса. Поэтому у первых летчиков при дальних перелетах обмерзали крылья самолетов. Крыло самолета, пролетая через облако, «собирало» на себя росу из облачного пара, и вода, перейдя из газообразного состояния в жидкое, затем тут же охлаждалась еще больше и затвердевала льдом.
Ученые называют это состояние «точкой росы» – когда и пар достаточно густой, и температура достаточно низкая, чтобы из газа получилась жидкость.
Как использовать уже знакомое нам состояние «точки росы», когда газ превращается в воду, для пользы дела? Одним из наиболее известных аппаратов стал аппарат по перегонке воды, отделения воды от грязи, солей. Воду с примесями кипятят, а пар пропускают по холодной трубке. На стенках трубки пар оседает, и уже чистая вода капает из трубки. Так можно из морской воды получить пресную.
Мы же познакомимся с очень важным прибором, который может пригодиться в опасной ситуации. Если произошло несчастье, катастрофа и человек получил серьезные повреждения, то у врачей часто возникает необходимость понять – жив человек или нет. Если под рукой нет никаких приборов, а пульс не прощупывается, то может помочь обычное зеркальце.
Зеркальце подносят к губам человека, и если человек хотя бы очень слабо дышит, то на зеркальце образуется туманное пятно. Это газообразная вода, которая всегда есть в легких человека, охлаждается на зеркальце и оседает туманным пятном.
Ведь воздух в легких теплый, и, выходя наружу, он охлаждается на зеркальце точно так же, как выходящий из носика чайника пар охлаждался в нашем предыдущем опыте. Хотя человек холоднее чайника, система срабатывает точно по тем же законам. Так правильное применение знаний по физике может спасти человеку жизнь!
Кстати, вы не замечали, почему облака в жаркий летний день сверху кудрявые, а внизу – все словно ножом отрезанные на одной и той же высоте? Облака словно лежат на невидимом куполе. А ведь здесь все то же явление. Просто поднимающийся с земли водяной пар охлаждается по мере подъема. И в какой-то момент достигает такой высоты, что и его температура, и его «густота» достаточны для превращения в маленькие капельки воды. И образуется облако. Но ведь температура уменьшается с высотой примерно одинаково, поэтому облака образуются все на одной высоте. Высота облака и показывает нам «точку росы».
А вот то, что облака образуются над озерами, объясняется тем, что там испаряется больше пара и есть из чего образоваться облаку. Ведь важна не только температура, но и «густота», или, как говорят ученые, плотность пара.
26
Кристаллы на дому
Для опыта нам потребуются: банка, соль.
Превращения вещества из жидкого в твердое, из газа в жидкость очень часты. Мы просто не привыкли это замечать. Между тем мы можем легко наблюдать очень интересное явление – выпадение вещества из раствора, где оно пребывает в жидком состоянии, в твердое вещество.
Возьми небольшую банку, налей в нее горячей воды и раствори в ней столько соли, сколько будет размешиваться. Надо, чтобы на дне оставалось немного крупинок соли, которые уже не будут больше растворяться.
Поставь эту баночку на подоконник и наблюдай за ней несколько недель. Конечно, не все время, а так – подходи раз в день и смотри.
Уверяю тебя, изменения, происходящие в этой банке, тебя порадуют. Я вот не буду ничего дальше рассказывать, посмотри сам, что получится. Просто есть некоторые опыты, которые надо не рассказывать, а наблюдать.
А после того, как ты понаблюдаешь за опытом, ты можешь вспомнить, где еще в жизни мы встречаем это явление. Например, в банках с прошлогодним вареньем, где кристаллы сахара выпадают из раствора и образуют корки и комки внутри банки!
Подробнее о кристаллах рассказывается в опыте 57 «Как делают драгоценности».
Практический совет: не оставляй слишком долго банки с вареньем несъеденными – все равно засахарится. Кушай, пока свежее!
27
Эмульсии – что это такое?
Для опыта нам потребуются: миска с водой, кусок газеты, подсолнечное масло.
Мы видели, что одни вещества могут растворяться в других. Но бывает, вещества находятся в жидком состоянии, но не растворяются друг в друге. Самый простой пример – наваристый куриный бульон.
Приглядись к поверхности обычного куриного бульона (только не из бульонных кубиков, ради бога, а из обычной курицы!). Ты увидишь, как по поверхности плавают аккуратные круглые жирные пятна. С этими пятнами можно провести много интересных наблюдений.
Чтобы опыт не зависел от кулинарии, возьмем любую миску, нальем воды и капнем несколько капель обычного подсолнечного масла. Я еще положил на дно газету и прижал ее вилкой. Чтобы было видно, увеличивается текст или нет.
Вот такая миска, и на дне газета. А сверху плавают капельки масла.
Если посмотреть на увеличенный фрагмент, то мы увидим линзу-жиринку.
На фотографии видно, что капелька принимает абсолютно круглую форму и увеличивает изображение!
Ну, скажем, задумывался ли ты, почему они все круглые? Вот специально нарисовать ровный круг вряд ли получится без циркуля. А жир берет – и становится ровным кружком без всяких усилий!
Кстати, капля росы на бархатной поверхности листка тоже старается принять форму шарика. Круг или шарик получаются автоматически, здесь действуют те же силы, что «удерживают» муравья в капле воды или помогают жуку-плавунцу бежать по поверхности озера. Если мы посмотрим на схему, станет понятно. В невесомости жидкость принимает форму шара. Стягивающие поверхность силы натяжения стараются занять как можно меньшую поверхность. А из геометрии мы знаем, что из всех поверхностей при одной и той же площади шаровая занимает минимум места. Поэтому и жидкость становится шариком. А вот когда капля попадает под действие силы тяжести (плавая в другой жидкости), то она сплющивается под собственным весом и из шарика становится линзой! Мы смотрим на сплющенный шарик сверху и видим, что он, во-первых, абсолютно круглый, и, во-вторых, увеличивает изображение.
А как же ему не быть круглым, когда его «рисуют» законы физики!
Смесь жидкостей, которые не растворяются друг в друге, называется эмульсией. Например, вода и керосин или вода и бензин, куриный бульон и жир – это все эмульсии. Если взять две нерастворяющиеся друг в друге жидкости и хорошо их размешать, то жидкости превратятся в смесь мелких шариков. Из таких шариков состоит, например, молоко. Если же эмульсию оставить в покое на некоторое время, смеси опять будут разделяться. Одна жидкость, полегче (в курином бульоне это жир), будет всплывать наверх.
Мы еще поставим опыт, чтобы лучше рассмотреть это явление.
Если взять молоко прямо от коровы и поставить его в банке на ночь в прохладное место, то молоко разделится на более жирные сливки, которые всплывут вверх, и на обезжиренное (или, как говорят в деревне, снятое) молоко. Здесь действуют те же силы и законы.
