Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей
Если ты найдешь в сарае или чулане длинный шланг (сойдет шланг для поливки огорода), то попроси товарища встать с одного конца шланга, а сам встань с другого конца. Теперь если говорить в шланг как в телефон, то ты услышишь очень хорошо своего друга, даже если расстояние между вами будет большим, а говорить ты будешь тихо!
Звуковая волна бежит внутри шланга как по специальному каналу, повторяя все его изгибы, и затухает гораздо слабее, чем на открытом воздухе! В английском городе Манчестере в музее технического творчества для детей есть интересный аппарат. Обычная пластиковая трубка в несколько сотен метров свернута кольцами, а оба ее конца подходят к одному и тому же месту. Сказав что-нибудь в одно отверстие трубы, ты через несколько секунд (ведь волне нужно время, чтобы пробежать это расстояние) слышишь собственный голос из другого отверстия. Можно поговорить с самим собой!
41
Поющий бокал
Для опыта нам потребуется: высокий бокал из тонкого стекла на длинной ножке.
Есть еще один способ поймать волну в ловушку. Этот старинный опыт я всегда показываю на Новый год, когда на столе появляются красивые тонкие бокалы на ножках и в них наливают шампанское.
Мы обойдемся простой водой. Но высокий бокал из тонкого стекла на длинной ножке нужен обязательно.
Поставь бокал на стол, наполни его до половины водой. Теперь одной рукой возьми его крепко за ножку и прижми к столу, чтобы бокал не ерзал. Указательный палец другой руки обмакни в воду и начни сверху водить пальцем по краю бокала, несильно нажимая на него. Скорость должна быть примерно один оборот за секунду. Водить надо равномерно, как крутят ручку у кофемолки. Изменяя скорость и нажим, ты обязательно поймаешь такой момент, когда бокал «запоет» – станет издавать красивый и громкий чистый звук. (Только бокал, повторяю, должен быть из тонкого стекла.) Почему так происходит? Палец, когда трется по стеклу, заставляет его вибрировать. Эта вибрация передается по стеклу внутри, и возникают волны, бегущие внутри стекла. Волнам некуда деться, они складываются и усиливаются (как в нашем опыте с цунами в кастрюле). Стекло начинает вибрировать все сильнее и, наконец, передает вибрацию воздуху. А воздушная волна уже слышна как красивый ровный звук.
42
Рисование на копоти
Для опыта нам потребуются: кафельная плитка (можно кусок стекла), иголка, свечка, чистый лист бумаги.
Это старинная забава, придуманная до меня еще лет за сто, когда не было ни телевизоров, ни компьютеров. В детстве я часто развлекался, создавая рисунки на стекле и получая отпечатки на бумаге…
Что нужно сделать? Возьми обычную свечку, кусок кафельной плитки (сойдет и кусок стекла – но стеклом можно порезаться) и иголку. Закопти гладкую поверхность плитки на свечке. Не держи долго плитку одним местом над свечкой, води ей над пламенем туда-сюда, чтобы она не успела нагреться и не лопнула. Когда плитка закоптится, клади ее на газету (чтобы не испачкать стол) и процарапай иголкой рисунок. Для начала можешь нарисовать цветочек, домик – что-нибудь простое, чтобы попробовать.
Теперь возьми чистый лист бумаги, смочи его водой и подсуши, чтобы он был влажным, но не мокрым. Проще всего это сделать так: положи лист на гладкую поверхность, намочи чистую тряпочку и аккуратно проведи по листу несколько раз, чтобы не осталось капель.
Теперь бери лист, накладывай сверху на процарапанный в копоти рисунок и аккуратно, чтобы он не сдвинулся, прогладь сверху пальцем всю поверхность, сильно прижимая к плитке.
Если ты теперь так же аккуратно снимешь лист бумаги, то увидишь, что рисунок перешел на бумагу. Конечно, он будет зеркальным. Просуши листок, и получится забавная картинка.
Если ты хочешь, чтобы картинка не стиралась, налей в пульверизатор (это разбрызгиватель, из них опрыскивают цветы) раствора сахара в воде. Несколько кусков сахара надо растворить в чашке воды, налить в разбрызгиватель и побрызгать на рисунок. Когда сахарный раствор высохнет, рисунок зафиксируется и не будет осыпаться.
Откуда берется копоть? Свечка дает пламя, потому что стеарин, из которого она изготовлена, расплавляется под воздействием температуры и горит. В состав стеарина входит углерод, из которого состоит обычная сажа. Углерод, или микроскопические частицы сажи, соприкасаясь с холодным стеклом, остывают и не успевают сгорать. Вот стекло и чернеет.
43
Уголковый отражатель, или Как наводят самолеты
Для опыта нам потребуются: три маленьких прямоугольных зеркальца.
Обычное зеркало поможет нам разобраться с тем, каким законам подчиняются лучи света. Вообще самый простой закон – лучи всегда идут по прямой и ищут самый короткий путь между точками начала путешествия и конца. Только очень сильные гравитационные поля могут отклонять луч света и заставлять его двигаться по искривленному пути. Например, когда луч света от звезды проходит мимо очень большой другой звезды, он движется по кривой. Но в обычной жизни лучи двигаются прямо. Второй закон тоже простой: под каким углом луч падает на поверхность, под таким и отражается.
Рис. 1
На рисунке 1 видно, что под каким углом (угол падения) свет падает на поверхность, под таким же (угол отражения) и отражается.
На этом законе основан интересный прибор, называемый трехуголковым отражателем. Чтобы сделать такой приборчик, надо купить три маленьких прямоугольных зеркала. И склеить их под прямым углом друг к другу, как на рисунке 2, чтобы получился как бы угол комнаты с двумя «стенками» и «полом».
Рис. 2
Если теперь посветить с любой стороны в этот «зеркальный уголок», то луч отразится три раза и вернется точно в ту же точку, откуда он пришел! С какой бы стороны мы ни светили, луч будет возвращаться обратно. Особенно хорошо видно, как движется луч в темноте. Можно посветить, например, лазерным указателем (такие иногда продают как брелки или игрушки). Свет лазера в темноте хорошо видно. Но можно обойтись и маленьким фонариком.
Мало того, посмотрите в этот уголок – и вы увидите свой глаз, откуда бы вы ни смотрели. Дело в том, что отражают свет не только зеркала, но и любые предметы. Световой поток от глаза идет к «уголку», или, как его называют в технике, уголковому отражателю, – и возвращается точно в глаз!
Как используют этот прибор инженеры? Для них это очень полезный прибор. Например, первый луноход, посетивший Луну, был оснащен несколькими такими уголковыми отражателями. Ученые посылали сигнал с Земли, луч долетал до лунохода и отражался точно в то же место, откуда был послан. Это позволило пользоваться достаточно слабым сигналом по сравнению с тем, какой был бы нужен без отражателя.
Такой отражатель, сделанный из металла (металл отражает радиоволны), может служить отличным указателем цели для самолета. Радиоволны подчиняются тем же законам, что и световые волны. Самолет, летящий в густом тумане, может сам посылать радиоволны, которые, отражаясь от уголковых металлических отражателей на земле, будут «высвечивать» на экране радара светлыми пятнами нужные точки. Так можно найти аэродром или затерявшуюся экспедицию… если у ее участников сломался радиопередатчик.
Между прочим, мой читатель, ты уже видел наверняка этот прибор в действии. Все задние отражатели машин и велосипедов сделаны следующим образом: из пластмассы, отражающей свет, делают много-много маленьких уголковых отражателей и помещают в одну «пачку». Свет от другой машины, попадая на такой отражатель, возвращается назад и водитель может избежать столкновения, увидев вспыхнувший в темноте отраженный сигнал. Если бы не было такого полезного прибора, ездить в темноте было бы гораздо сложнее!
Практический совет: если тебе приходится одному идти в школу или поход, передвигаться ночью по дороге, приобрети верхнюю одежду со специально вшитыми полосами, которые действуют по принципу уголкового отражателя и вспыхивают в темноте. Так ты сделаешь свой путь гораздо безопаснее. А можно на сумку или портфель пришить или приклеить обычный отражатель от велосипеда, они бывают красные и желтые. И стильно, и повышает безопасность!
44
Смерч в ванне
Для опыта нам потребуется: несколько пробок от бутылок.
Законы физики и интересные явления можно изучать, даже купаясь в ванне. Обращал ли ты внимание, как вокруг сливного отверстия вода, вытекая из ванны, образует воронку?
Образование воронок, смерчей – сложное явление. Смерчи, например, часто образуются на границе суши и воды. Вода прохладнее нагретой на солнце суши, теплый воздух поднимается вверх, образуются мощные потоки – и в результате часто возникают смерчи.
Мы проведем очень простой опыт. Нальем полную ванну воды и откроем пробку, чтобы вода вытекала. Возьмем несколько пробок от бутылок и бросим на поверхность воды над отверстием. Понаблюдаем за их поведением. Сначала пробки будут просто опускаться вниз вместе с уходящей водой, постепенно приближаясь к сливному отверстию. Но потом, когда образуется воронка, их начнет притягивать к водному смерчу все быстрее и быстрее, пробки начнут описывать круги, и в конце концов они соберутся и будут вращаться точно над отверстием. При этом чем дальше от отверстия находится пробка, тем медленнее она вращается. Ведь пробке, которая находится дальше, приходится описывать гораздо более широкий круг. Поэтому она «отстает» во вращении.
