Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей
Вот почему при спуске по веревке, канату надо обязательно надевать плотные перчатки или рукавицы. При быстром скольжении руки трутся о поверхность каната, и механическая энергия превращается в тепловую. При этом может резко возрастать температура – и на руке появляется самый настоящий ожог, как от пламени костра!
Точно так же в мороз, если быстро-быстро потереть ладошки друг об друга, они немного согреваются. Правда, здесь еще играет роль то, что при таком трении внутри ладошек разгоняется кровь, которая передает тепло изнутри организма, так что дело не только в трении, но тем не менее часть тепловой энергии при этом все-таки образуется!
64
Пневмопочта на дому
Для опыта нам потребуется: кусок любого шланга.
Во многих солидных учреждениях, например в Сберегательном Банке России, на службе стоит так называемая пневмопочта. Что это такое и какие законы физики помогают ей работать?
Когда человек приходит в Сбербанк и оформляет, например, денежный кредит или перевод, часто ему нужно проделать несколько операций в разных окошках. Чтобы быстро передать документы из одного места в другое, работник банка сворачивает документы в трубочку, закладывает в легкую, прозрачную пластиковую капсулу и закладывает в специальную трубку. Этими трубками соединены все нужные места в Сберегательном Банке. Дальше в трубку подается сжатый воздух, который гонит капсулу в нужном направлении – и вот она уже через несколько секунд попадает к другому работнику! Осталось только достать документы и подождать, пока от окошка к окошку перейдет наш клиент.
Между прочим, этот принцип, использование сжатого воздуха для перемещения предметов, использовали наши предки. Например, обычным развлечением ребят в деревнях было следующее занятие. Срезалась любая трубка от растения с достаточно плотным стволом, пустая внутри. Туда закладывалась рябина, косточка вишни, мелкий камушек. Затем в трубку с одного конца сильно дули – и из другого вылетал маленький «снаряд». Настоящее духовое ружье!
Мы же можем дома создать небольшую пневмопочту прямо как в Сбербанке. Для этого нужен кусок любого шланга, например кусок старого шланга для полива огорода. Его надо промыть и высушить.
Возьмем кусочек обычной столовой фольги, в которую хозяйки заворачивают продукты. Она продается в хозяйственных магазинах и почти всегда есть на кухне. Свернем из нее шарик. Если нет фольги – свернем шарик из бумаги. Размер шарика должен быть таким, чтобы он свободно входил в шланг и был почти такого же размера, как и отверстие.
Дунем в шланг – шарик побежит по нему и выскочит с другой стороны! Можно протянуть шланг из комнаты в комнату и передавать сообщения родителям! Написал на бумажке короткое послание, заложил в нашу пневмопочту, дунул – и с другой стороны уже его читают!
65
Может ли монета гореть в воде?
Для опыта нам потребуются: разные монетки, крышечка от банки.
Для того чтобы определить состав монеты или другого предмета, ученые применяют различные виды анализов. Например, спектральный. Или химический… Но в далекой древности не было возможности проводить такой анализ, потому что еще не были разработаны сложные научные методы. Давайте представим, что мы живем в древнем мире и нам надо определить – есть ли в монете примесь меди? Железа? Благородных металлов? Что для этого надо сделать?
Да ничего особенного. Возьмем пластмассовую крышечку от любой банки, нальем немного воды и кинем монетки разного достоинства. Я бросил 10, 50 копеек, рубль и пять рублей. Если есть старые советские монеты, их тоже можно бросить.
Оставим все это на денек-другой стоять в таком месте, где никто не смахнет на пол. Оказывается, разные металлы окисляются (ржавеют) по-разному. Так, вокруг одной монеты (50 копеек) расходится рыжая ржавчина. А вот советские монеты дают зеленый оттенок!
Это означает, что там, где рыжая ржавчина, в состав монеты входит железо. Ученые записывают вместо слова «железо» специальный знак – Fe, от латинского слова «Ferrum», или «феррум», что означает как раз железо. А вот там, где мы увидим зеленый цвет, – в состав входит медь. Медь ученые обозначают как Cu (Cuprum). Читается как «купрум» – «медь». Если же монета не ржавеет, не окисляется, не дает осадка и не окрашивает воду – значит, в ее составе более благородные металлы. Например, никель.
Что же такое окисление (ржавение)? Очень просто – это медленное горение! Если мы разжигаем костер, то кислород из воздуха, подлетая к поверхности дерева, «выхватывает» из дерева куски углерода. Так из толпы полицейские хватают хулигана. Два кислородных полицейских (атомы кислорода) хватают один атом углерода и сразу превращаются в бесцветный и легкий газ, углекислый газ. При горении это происходит быстро, а вот при ржавении происходит то же самое, только очень медленно. Так что можно сказать про наш опыт, что монеты очень медленно «горят» в воде!
66
Звучащий шарик
Для опыта нам потребуется: воздушный шарик.
А вот простой и забавный опыт с воздушным шариком. Надуйте обычный воздушный шарик. Намочите в воде палец и начинайте им тереть шарик, держа его за «хвостик» другой рукой или просто прижав к себе.
Вы услышите, что шарик издает очень громкие звуки – скрип, дребезжание. Довольно противный скрип, если честно. Таким скрипом очень хорошо действовать на нервы или будить кого-нибудь. Лучше всякого будильника. Что происходит?
Мокрый палец, скользя по шарику, то останавливается на мгновение, как бы «прилипает», то вдруг срывается и совершает быстрое перемещение. Эти рывки очень быстрые, они возбуждают колебания поверхности шарика. Резина «дрожит» с высокой частотой и толкает воздух внутри шара, создает такие же звуковые волны, как издает барабан или наши голосовые связки, когда мы говорим.
Сам внутренний объем шарика, даже скорее сам шарик вместе с воздухом внутри, работает как огромный резонатор. Звуковые волны внутри усиливаются, и вся поверхность шара издает довольно громкие звуки.
Теперь мы уже можем посмотреть на знакомые нам предметы и увидеть тот же принцип. Например, обычная гитара или скрипка. Это, по сути, просто струна, жила, натянутая на деревянную палку. Если бы не было деревянного резонатора, приделанной к палке специальной деревянной коробки, звук от струны был бы очень тихим и слабым. Но в гитарной деке, коробке, происходят те же процессы, что и в нашем звучащем шарике, и звук усиливается! Попробуйте во время того, как водите мокрым пальцем по шару, приложить одновременно к его поверхности ухо. Звук будет просто громоподобным.
А возьмем, к примеру, лягушек. Чтобы весной их голоса были лучше слышны, они надувают на горле огромные кожаные шары (из собственной кожи, конечно)! И используя эти шары как резонаторы, квакают так – что любой концертный исполнитель позавидует.
Можно сделать немного по-другому. Взять шарик, надуть его, а потом растянуть его узкое горлышко двумя пальцами в разные стороны, оставив узкую щель. Воздух, выходя из шарика, будет заставлять шар колебаться и издавать очень громкий и противный писк. Сильнее или слабее растягивая горловину, можно делать звук выше или ниже. Несмотря на то что колебания шара (резонатора) мы вызываем другим способом, принцип работы этого нехитрого инструмента остается все тем же!
Если несколько человек надуют каждый по шару и начнут издавать звуки одновременно, получится настоящий «кошачий концерт». Очень забавно!
67
Пляшущая иголка
Для опыта нам потребуются: магнит, иголка, любая железная поверхность.
Этот опыт очень прост. Для него нужны магнит, иголка и любая железная пластинка или поверхность. Я взял железный диск из компьютера, все равно уже разобрал – так надо использовать.
Если положить иголку на стол и поднести к ней сверху магнит, иголка подскочит и притянется к магниту. Но мы попробуем сделать по-другому. Поставим иголку кончиком на кусок железа и будем придерживать легонько пальцами, чтобы она не падала. Затем начнем медленно подносить сверху магнит к иголке. Наступит момент, когда мы почувствуем, что иголка не нуждается в поддержке.
На фото иголка стоит вертикально, но не подскакивает к магниту, удерживаемая магнитным полем. При этом она дрожит и колеблется, «приплясывает».
Надо быть аккуратным: чуть сильнее приблизишь магнит к иголке, как она все-таки отлепляется от железа и прилипает к магниту. Тем не менее если быть аккуратным, опыт удается легко.
Почему же иголка не прыгает вверх, а остается стоять?
Дело в том, что магнитное поле, пронизывающее пространство, намагничивает и иголку, и кусок железа, лежащий под ней. Таким образом, кусок железа тоже становится магнитным и начинает притягивать нижний конец иголки. Конечно, верхний магнит обладает более сильным полем, но он и расположен дальше от конца иглы. Поэтому можно найти такое положение, в котором эти силы уравниваются и иголка начинает «плясать» вдоль магнитных линий. В старинном варианте этого опыта на иголку надевали вырезанный из бумаги силуэт балерины и показывали этот опыт детям.
