Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей
Если нитка за сорок оборотов занимает длину в одиннадцать с половиной миллиметра, то мы поделим 11,5 на 40 и получим 0,2875 миллиметра, то есть толщина нитки составляет примерно три десятых миллиметра!
И никаких специальных инструментов, кроме обычной линейки.
48
Передача энергии через вещество
Для опыта нам потребуется: десяток монеток по рублю.
Мы уже встречались с разными волнами. Вот еще один старинный опыт, который довольно забавно смотрится и показывает, как волна проходит через предмет.
Возьмите мелочь – монеты, например рубли. Штук десять. Выложите их на стол (без скатерти), прямо на твердую поверхность. Кладите их в ряд, чтобы они все плотно соприкасались, дотрагивались друг до друга.
Теперь возьмите еще одну монету и пустите ее щелчком по столу, так чтобы она ударилась о крайнюю монету в ряду. Только понятно, что она должна удариться «вдоль» ряда, то есть как будто к очереди подбегает человек и натыкается на последнего стоящего.
Что произойдет? Кажется, что должна сдвинуться вперед вся «очередь» из монет. Однако ничего подобного не произойдет!
Вы увидите, что отскочит только самая последняя монета, а все остальные останутся на месте!
Почему так происходит?
Все монеты соприкасаются, между ними нет промежутков. Значит, при ударе монеты по крайней в ряду возникнет упругая волна сжатия – она передастся через весь ряд и вытолкнет крайнюю монету.
Упругая волна в веществе распространяется, кстати, гораздо быстрее и лучше, чем в воздухе. Этим свойством воспользовался герой романа Жюля Верна «Путешествие к центру Земли», когда заблудился в подземной пещере.
Молодой человек оказался один в лабиринте пещеры, отбившись от экспедиции. И хотя его крики были не слышны, удалось связаться с товарищами, приложив ухо к стенке и используя толщу камня как проводник звука!
При ударе об стенку упругая волна быстро проходит насквозь и ее слышно, если плотно прижаться с другой стороны. Вы можете попробовать такой простой эксперимент: встать с одной стороны стены в комнате, а с другой поставить кого-нибудь из семьи или друзей. Если плотно прижать ухо к стенке, то даже легкий стук будет хорошо слышен.
49
Огонь из камня
Для опыта нам потребуются: кремень (его легко найти на улице), напильник.
Современные люди знают, что огонь можно зажечь спичкой или зажигалкой. Если спросить, как добывали огонь наши предки, большинство вспомнит про добывание трением. Но никто этого сам не пробовал. Между тем есть более простой и надежный способ, который может выручить в трудную минуту.
По нашим полям валяется большое количество кремня, это камни, от которых при ударе откалываются чешуйки, тонкие пластинки. Так получается потому, что плотность кремня внутри неодинакова и ударная волна как бы отражается от слоев и «выходит» обратно на поверхность. Но для нас это не важно.
Важно то, что при ударе железом или другим кремнем по такому камню из него вылетают самые настоящие горячие искры! И от этих искр можно разжечь костер.
Найдите кремень – он обычно серого, темно-коричневого цвета, иногда с желтыми прожилками, с гладкой и твердой блестящей поверхностью. Помойте его и высушите хорошенько. Возьмите обычный напильник. Дождитесь вечера и в темноте ударьте – чиркните – кремнем о ребристую поверхность напильника. Можно и напильником быстро, с силой, провести по кремню. Вы увидите, как из камня вылетает целый сноп искр!
Как же разжигали костер наши предки? Они брали любой сухой и пористый материал, например хорошо высушенную полынь. Полынь обладает горьковатым запахом и растет в наших полях, это синеватые метелочки. Если высушить такую метелочку, то попавшая на нее искра сразу заставляет вспыхнуть – а уже от нее можно поджечь сухие веточки, и так далее…
Если мы посмотрим на устройство современной зажигалки, то увидим, что крутящееся колесико представляет собой такой же вот «свернутый в кольцо» напильничек с ребристой поверхностью, а ударяется он (чиркает) по специальному маленькому кремню! Вылетающие искры попадают на фитиль, пропитанный бензином.
Значит, если вы идете в поход, надо взять с собой небольшой напильничек и камушек кремня. Хорошо также иметь трут или фитиль – сгодится кусочек ваты, сушеная полынь, обугленная и потушенная тряпочка. Тогда, даже если у вас кончатся спички и бензин, вы всегда, постаравшись, сможете развести костер и не пропадете! Ведь огонь поможет согреться в холод, отпугнуть зверей и приготовить, например, грибы.
И никакого трения!
50
Шарик-магнит
Для опыта нам потребуется: воздушный шарик.
Если у вас под рукой есть обычный надувной шарик, можно проделать очень занятный опыт. Для этого опыта нужен шарик и… голова. Вернее, волосы на голове. Они должны быть хорошо вымыты и хорошо высушены. Это идеальные условия для превращения шарика в магнит.
Берем шарик и трем его об волосы на голове! Старательно трем, полминуты или минуту. Затем подбрасываем шарик к потолку или приставляем к стенке – и он прилипает!
Через некоторое время шарик перестает притягиваться к стене или потолку и падает. Тогда можно еще раз потереть об волосы – и снова шарик приобретает свойства магнита, причем притягивается не к железным предметам, а к обычной стенке, шкафу, окну.
Что же происходит в шарике?
Оказывается, при трении о шерсть (а волосы и есть шерсть) шарик теряет какое-то количество электронов. Каждый электрон имеет электрический заряд, очень маленький, конечно. Обычно электроны перетекают по веществу таким образом, чтобы примерно везде была одинаковая пропорция. Если где-то электронов больше, они будут течь туда, где их меньше, пока не уравняются. Но когда мы трем о волосы шарик, часть электронов «выбивает» из шарика, и он приобретает как бы дефицит электрического заряда. А такой дефицит электронов придает шарику свойства магнита! Он начинает притягиваться к другим предметам. Например, к потолку.
Но, повисев некоторое время, шарик «набирает» электронов и теряет свои свойства. Поэтому он перестает магнититься и падает вниз. Нужно снова его потереть.
Кстати, волосы от этого опыта встают дыбом, как у ведьмы или испуганной кошки. Тоже забавно. Для тех же, у кого с волосами проблема (скажем, голова побрита налысо), шарик вполне можно потереть о чисто шерстяную тряпку или одеяло. Эффект будет тот же, поверьте.
51
Прирученная молния прямо в комнате – и безопасно!
Для опыта нам потребуются: два воздушных шарика.
Все видели молнию.
Страшный электрический разряд бьет прямо из тучи, сжигая все, во что попадает. Зрелище это и страшно, и притягивает. Молния опасна, она убивает все живое. Мы уже проделывали опыт с шариком и волосами и поэтому можем понять, почему она возникает.
Облака как бы «трутся» друг о друга и выбивают друг из друга электроны, совсем как волосы из шарика. Только сила заряда, которую они приобретают, колоссальна. Когда заряда накапливается слишком много, он «вытекает» и устремляется в ближайший предмет, в землю, в одиноко стоящее высокое дерево, в пруд, в дом.
Пользуясь этим знанием, мы можем создать маленькую и безопасную, прирученную молнию прямо в доме. Поверьте, это совершенно безопасно.
Итак, если мы хотим увидеть молнию прямо своими глазами, то надо проделать следующее. В полной темноте потереть отдельно два шарика о волосы, а потом поднести друг к другу. Между ними проскочит синяя искра с треском! Между прочим, напряжение в этой искре огромное, может быть, десятки тысяч вольт. Я не шучу. Просто ток там очень маленький, а убивает не напряжение, а ток. Синяя искра – это и есть поток электронов, перескакивающих с шарика на шарик, как бы речка, которая существует только очень краткий миг. Молния будет синей, красивой, но о-о-очень маленькой и абсолютно безопасной!
52
Как далеко от нас центр грозы?
Была такая шутка. Мальчик спрашивает папу: почему мы сначала видим молнию, а уже потом слышим звук? Папа отвечает: это потому что глаза находятся впереди ушей!
Конечно, это шутка. На самом деле так все происходит вот почему. Свет «бежит» по воздуху с невероятной скоростью, около трехсот тысяч километров в секунду. Расстояние в три километра он пролетает за одну десятитысячную секунды, то есть почти мгновенно. Молния ударяет, и мы практически сразу видим свет.
Звук же «тащится» по сравнению со светом ужасно медленно. Он ползет со скоростью каких-то триста тридцать метров в секунду. То есть расстояние в три километра он будет ползти почти девять секунд!
Таким образом, если мы увидели вспышку молнии во время грозы, надо сразу же начать отсчитывать секунды (по секундомеру или просто спокойно считая «один, два, три, четыре»). Потом – как только услышали звук грома – прекращаем считать. И вот простая формула: количество секунд делим на три и получаем примерно расстояние до молнии, или до центра грозы. Три секунды – километр; шесть секунд – два километра; девять секунд – три километра; двенадцать секунд – четыре километра… и так далее.
