Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей
Вот при своем движении лед «сгребал» камни по пути, а в тех местах, где края ледника остановились и потом растаяли, камни легли грядами, как водоросли и мусор ложатся в линию после того, как схлынет принесшая их волна. Но что же приводит лед в движение? Почему он двигается? Тут действуют две силы. На полярную шапку все время «намерзает» новый лед, который давит вниз и во все стороны и выдавливает края ледника, толкает их вниз, к экватору. С другой стороны, давайте не забывать, что Земля вертится. И это означает, что на все предметы действует так называемая центробежная сила.
Теперь – опыт. Давайте представим, что обычный зонтик – это северная часть Земли, Северное полушарие. Раскроем зонтик и поставим вертикально. Теперь пусть кто-нибудь капнет каплю воды недалеко от вершины зонтика. Капля будет «стоять» на месте: на самой вершине зонтик почти плоский, капля не скатывается вниз. Но стоит нам раскрутить зонтик – как капля поползет к краю!
В старой книге Перельмана этот опыт тоже дается – для изучения центробежной силы. Только там в перевернутый зонтик кидается мячик. Если зонтик закрутить, то мячик выскакивает. Тоже интересно!
Более того, мы увидим, что след от капли дает нам кривую линию, то есть капля ползет «вниз и вбок». Это действует еще одна сила, сила Кориолиса. Был такой ученый, который обнаружил действие этой силы, – поэтому ей дали его имя.
То есть на ледяные горы действует сила, которая сдвигает их к экватору, в более теплые места. Так что, может быть, Кропоткин был и прав со своей теорией ледника!
Правда, есть еще одна теория, не менее изящная. Согласно этой теории на месте нашей страны до Уральских гор простиралось холодное море. Ледяные глыбы откалывались от полярной шапки, падали в это море и плыли до другого берега – как раз где-то у Самары… И несли с собой скальные куски с севера, которые набирали еще в самом начале. Достигнув берега, они таяли и оставляли камни грядами. Правда красивая теория? Ученые не могут до сих пор выбрать, какая из теорий «правильная», но это и не так важно. Зато мы познакомились с силами, действующими на каждого из нас, – хоть мы их и не замечаем.
Есть еще одно интересное наблюдение, связанное с этими силами, в первую очередь с силой Кориолиса. На нашей территории практически все реки текут с севера на юг, и, кроме того, западные берега, как правило, круче, чем восточные. Это потому, что под действием силы Кориолиса реки отклоняются на запад и подмывают западные берега. Таким образом, находясь у речки, вы чаще всего можете воспользоваться ей как компасом – указателем. Если высокий берег от вас справа, значит, вы стоите лицом на юг! Понятно, что реки петляют, поэтому лучше выбрать относительно прямой участок реки. Но зато теперь знание физических сил поможет вам ориентироваться в походах.
33
Очки без стекол, или Прицел из руки
Для опыта нам потребуется: кусочек фольги с проколотой дырочкой.
Вообще, знание законов физики иногда помогает создать прибор не просто голыми руками, а буквально из голых рук. Не верите? Хм, давайте попробуем. Помой чисто руки. Вытри их насухо. Для опыта это не нужно, но лучше всегда начинать думать с чистыми руками. Помогает, честное слово.
Знаешь, как американцы показывают знак «ОК», то есть «все в порядке»? Они делают колечко из большого и указательного пальцев. А если сложить указательный и большой пальцы в кольцо так, чтобы осталась очень маленькая, просто малюсенькая дырочка – с булавочную головку, то получится оптический прибор.
Поверишь ли, если смотреть через эту дырочку на ярко освещенный предмет, то человек с плохим зрением видит предмет более резко.
Вот вам и прибор из голых рук. Прибор называется диоптрическим прицелом. На некоторых винтовках вместо прицела ставят металлическую пластинку, в которой проделана очень маленькая дырочка. Эта дырочка позволяет резко видеть и мушку винтовки, и цель.
Поскольку дырочка пропускает очень мало света, надо, чтобы освещение во время опыта было достаточно ярким. Можно взять кусочек обычной фольги, в которую заворачивают продукты, проколоть в ней иголкой дырочку и рассматривать предметы через эту дырочку. Действительно, предметы становятся резкими и вблизи и далеко – одновременно! Так происходит из-за оптического явления, называемого дифракцией. Обычная дырочка работает как линза. Световые волны, проходящие через нее, изменяют свой путь и фокусируются. На заре фотографии этим пользовались, первые фотографические камеры представляли собой обычные ящики. В этом ящике в одной из стенок была проделана маленькая дырочка, а стеклянная пластинка с реагирующей на свет эмульсией ставилась у стенки напротив. Из-за того что дырочка пропускала мало света, приходилось долго ждать, пока свет подействует на пластинку, – иногда по полчаса. Но это было уже почти сто пятьдесят лет назад.
Вот такие очки без стекол.
34
Телевизор через дырочку
(продолжение)
Если взять наш кусочек фольги с проколотой дырочкой, то можно проделать еще один опыт. Если мы попробуем поднести страницу книги прямо к глазу, то ничего прочитать не сможем. Все будет расплываться. Удобное расстояние для чтения при нормальном зрении – около 25 – 30 сантиметров.
Возьмем наш кусочек фольги и попробуем через дырочку прочитать текст, который мы поднесем очень близко, на пару сантиметров к глазам. Напоминаю, освещение должно быть достаточно ярким.
Мы заметим, что дырочка позволяет нам читать текст, буквы не расплываются! Мало того, буквы кажутся увеличенными, словно мы смотрим на них через увеличительное стекло.
Так работают наши забавные очки. Они помогут нам по-другому взглянуть на некоторые окружающие нас предметы. Подойдем к телевизору вплотную и посмотрим через дырочку на экран телевизора с расстояния один-два сантиметра. Что мы видим?
Экран телевизора, оказывается, состоит из целого ряда отдельных прямоугольничков, каждый из которых меняет свой цвет. Держа фольгу с дырочкой на расстоянии одного-двух сантиметров от экрана, начнем отодвигать глаз от фольги. Мы увидим, что прямоугольнички увеличиваются, наша дырочка работает как самая настоящая линза. Можно разглядеть, как изменяют цвета отдельные ячейки телевизора!
Конечно, когда мы смотрим с большого расстояния, все эти отдельные прямоугольнички сливаются, и мы видим только одно общее изображение. А вот с линзой из фольги мы сумели рассмотреть отдельные элементы экрана.
35
Свет гнет предметы?
Для опыта нам потребуется: обычная длинная линейка.
Кстати, о телевизоре. Мы можем наблюдать перед телевизором интересный обман зрения. Возьми длинный предмет – например, обычную линейку. Выключи в комнате свет и перед экраном включенного телевизора помаши быстро туда-сюда. Лучше всего махать по диагонали, «наискосок». Ты обязательно увидишь, что линейка словно ломается, изгибается!
На самом деле это не линейка ломается и гнется, а наш глаз обманывается. Дело в том, что телевизор строит изображение не сразу, а из небольших кусочков, по точкам. Световой луч бежит по строке экрана, потом перепрыгивает вниз на следующую строчку, и так далее, пока не построит целый кадр. Затем все начинается сначала. Мы этого не замечаем, потому что все происходит очень и очень быстро.
Но когда линейка или указка быстро передвигается перед экраном, она освещается сзади лучом неравномерно. И глаз видит не прямую линейку, а линейку, как бы составленную из кусочков – каждый кусочек виден от линейки в разном положении.
Неважно, машем мы линейкой вправо-влево перед цветным или черно-белым телевизором. Ведь главную роль тут играет «развертка» по кадрам. Электронный луч в кинескопе, то есть в телевизионной трубке, бегает слева-направо и сверху-вниз, освещая с огромной скоростью по очереди разные участки экрана. Поэтому, пока линейка перемещается вдоль экрана, она освещается на разных участках лучом и для глаза оказывается как бы изогнутой.
На дискотеках такое явление применяют для развлечения. В темноте быстро вспыхивает яркая лампа, и люди кажутся «дергающимися», словно все движения распадаются на отдельные части. Просто лампа выхватывает лишь отдельные моменты из слитного, непрерывного движения – и глаз обманывается.
36
Ловим лучи в мутной воде
Для опыта нам потребуются: увеличительное стекло (возможно, подойдут дедушкины или бабушкины очки), трехлитровая банка, свечка, пол чайной ложки муки.
Возьми совсем немного обычной муки, пол чайной ложки. Разведи в воде, чтобы она была замутненной, – лучше взять трехлитровую банку.
Если нет под рукой увеличительного стекла, сойдут дедушкины очки – они наверняка для дальнозорких, а в очках для дальнозорких стекла всегда увеличительные. Только не надо брать их без спроса – попроси вежливо для опыта, дедушка или бабушка обязательно дадут попользоваться на время.
