Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей
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.
Видно также, что от центра воронки вниз тянется воздушная «ниточка». Это пузырьки воздуха затягивает внутрь воронки.
Наш маленький смерч в ванне не опасен. Но в океане иногда возникают такие сильные воронки, что утягивают на дно лодки и даже корабли! Мы знаем теперь, после нашего опыта, что надо стараться находиться как можно дальше от центра воронки, потому что чем ближе к центру, тем сильнее втягивающая сила, быстрее вращение и меньше шансов спастись…
Практический совет: что надо делать, если, не дай бог, попадаешь в воронку, скажем, в реке и не успеваешь выбраться? Успокойся, набери воздуха побольше и ныряй прямо в центре как можно глубже. Нырнув поглубже, резко поворачивай в сторону и плыви как можно дальше, чтобы вынырнуть уже далеко от воронки. В нижней части воронки почти нет «утягивающих» сил, и ты сможешь таким образом вырваться из ее плена.
45
Вода из огня, или Почему дрова трещат в костре
Для опыта нам потребуются: обычные спички.
Зажигал ли ты когда-нибудь обычную спичку? Наверняка не раз. А если я спрошу, можно ли получить воду, зажигая спичку, ты задумаешься.
Этот опыт надо делать только вместе со взрослыми, чтобы не устроить пожар. Кстати, уверен, что взрослые тоже не обращали внимания на это интересное явление: появление воды «из огня».
Если зажечь спичку и внимательно смотреть на нее в том месте, где по ней бежит огонь, то будет заметно, что прямо перед пламенем «бежит» капелька воды.
Почему так происходит?
Любое дерево содержит влагу. От пламени вода выпаривается из древесины и выходит на поверхность. Именно поэтому и трещат сырые дрова в костре. Огонь заставляет воду, которая содержится в древесине, вскипать и обращаться в пар. Пар занимает гораздо больше места, чем вода, из которой он получается. Расширяясь, пар «взрывает» полено изнутри, издавая характерный треск. Сила этого микровзрыва бывает так велика, что из костра вылетает кусочек угля!
Этот простой опыт доказывает, что даже в самых «сухих» спичках, в самой сухой древесине есть немного влаги.
Практический совет: находясь у костра, береги глаза, не приближай их к огню. Иначе вода, вскипев не вовремя в сыром полене, может выбросить уголек и причинить тебе вред.
46
Как остановить мгновение
Для опыта нам потребуются: два листочка плотной бумаги, пружинка.
Великий немецкий писатель Гете написал в свое время историю про ученого, который искал формулу счастья. Этого ученого звали Фауст. Он договорился с самим дьяволом, что когда почувствует абсолютное счастье, то скажет «остановись, мгновенье, ты прекрасно!» и тогда дьявол заберет его душу. Конечно, это только литературное произведение, выдумка. Но идея о возможности остановить время всегда занимала мысли людей.
На самом деле вопрос времени интересовал очень многих ученых и писателей очень давно. Например, Герберт Джордж Уэллс, который один из первых начал писать большие фантастические романы, придумал рассказ про возможность ускорять и замедлять время. Великий ученый Эйнштейн сумел доказать, что при движении со скоростью, близкой к скорости света (около 300 000 километров в секунду), время замедляется и может даже остановиться!
Мы же попробуем остановить мгновение совсем другим способом. Для этого природа снабдила нас глазами, которые умеют моргать.
На некоторых дискотеках используют лампочки, которые быстро-быстро вспыхивают и гаснут в темноте. От этого танцующие люди видят окружающий мир словно состоящим из кусочков: все движения прерываются, и кажется, что все вокруг внезапно «перескакивает» из одного положения в другое.
Эту идею взяли у ученых. Они придумали такой прибор для фотографирования быстро движущихся предметов или процессов. Например, капающую с высоты каплю, чтобы понять изменения ее формы, фотографируют при вот таком «рваном» освещении, и получаются фотографии как бы многих «застывших» капель.
А мы можем вместо вспыхивающей и гаснущей лампочки просто моргать – то чаще, то реже, но постоянно – и при этом смотреть на что-то движущееся. Например, на проезжающего велосипедиста, на идущего человека… Можно заметить, как его движения становятся «рваными». Немножко посмотреть на мир вот так, через моргающие быстро-быстро глаза, довольно занятно. Только лучше при этом прочно сесть на стул или скамейку, потому что ходить так довольно непривычно, можно упасть и набить шишку.
А можно сделать и по-другому. Возьмем два небольших (примерно с ладошку) листочка достаточно плотной бумаги и вырежем в каждом длинный прямоугольничек. Получатся два листочка с окошками. Будем держать их перед глазами, один за другим, и двигать туда-сюда друг относительно друга. Тогда окошки будут, проходя мимо друг друга, то пропускать свет, то нет. Если так быстро-быстро двигать их и смотреть на окружающий мир, то получается почти настоящий стробоскоп.
Настоящий стробоскоп – это на самом деле обычная лампочка, которая часто-часто вспыхивает и гаснет. От этого движущийся предмет как бы выхватывается из окружающего пространства в отдельных точках. Пока лампочка не горит, глаз в темноте не видит этого предмета. А когда она вспыхивает на короткое мгновение, предмет как бы оказывается уже в другом месте, «застывший» под вспышкой. В принципе, этот эффект хорошо виден во время ночной грозы: молния, вспыхивая, на мгновение освещает пейзаж как бы застывшим.
Надо только учесть, что освещение должно быть хорошим, потому что на самом деле количество света при наблюдении через стробоскоп резко уменьшается (ведь большую часть времени окошко закрыто и открывается только на короткий момент), и глаз видит «затемненное» изображение.
Можно сделать и другой стробоскоп, механический. Я пошел в ближайшую мастерскую по ремонту часов и попросил старую пружину от будильника – сгодится и сломанная. Мне часовщик отдал пружину просто так. Я выпрямил кусок пружины, примотал пластырем к карандашу, а сверху надел кусок бумажки. Если теперь качнуть пружину, она начинает колебаться и мелькать перед глазами. Уже не надо моргать, а можно смотреть на мир через вот такой простой, но забавный прибор!
47
Как померить толщину без специального инструмента
Для опыта нам потребуются: обычная линейка, спица, нитки, карандаш.
Иногда нужно померить толщину какого-нибудь очень тонкого предмета. Например, человеческого волоса. Или листика бумаги. Как это сделать, если под рукой нет специального прибора – микрометра или штангенциркуля?
Оказывается, нам в этом поможет умение делить и обычная линейка.
Возьмем листик бумаги – он действительно очень тонкий. Но если взять стопку таких листиков – скажем, штук тридцать, – то стопочка получится уже вполне высокая. Сожмем эту стопочку пальцами, чтобы листочки плотно прилегали друг к другу, и померяем высоту стопочки обычной линейкой. Затем поделим получившийся результат на количество листочков в стопке и получим толщину одного листочка!
Вот у меня под рукой стопка бумаги, сто четыре листа. Я померил – получилось 11 миллиметров. Поделил одиннадцать на сто четыре – получилась одна десятая! Значит, каждый листочек в толщину составляет примерно одну десятую миллиметра.
На фотографии – намотанная на карандаш нитка (40 оборотов) занимает одиннадцать с половиной миллиметра.
Теперь я могу, взяв такую бумагу, измерять с высокой точностью ширину узких щелей. Я просто засовываю в щель полосочки бумаги, пока они не начнут застревать, а потом считаю, сколько листочков вошло. Зная, что каждый листочек дает одну десятую миллиметра, я могу сразу посчитать, какой ширины щель, с точностью до одной десятой миллиметра! И без всяких инструментов. Например, в щель между досками моей деревянной хлебницы на кухне вошло четыре листочка – значит, ее ширина четыре десятых миллиметра!
А с волосом или ниткой будет по-другому. Уложить стопку волос у нас не получится. Тогда мы пойдем на хитрость. Возьмем достаточно длинный волос, например из длинной косы. Возьмем тонкую вязальную спицу или длинную иголку, потому что длинный волос достать сложно. Для нитки сойдет и карандаш. И начнем наматывать волос, стараясь, чтобы витки плотно прилегали друг к другу, считая при этом количество намотанных витков. Когда намотаем весь волос, померяем линейкой ширину получившейся «намотки» на спице. Поделим на количество витков – и узнаем толщину волоса!
