занимательная физика

Сокрость, инерция Поймать боевую пулю руками Во время империалистической войны, как сообщали газеты, с французским летчиком произошел совершенно необыкновенный случай. Летая на высоте двух километров, летчик заметил, что близ его лица движется какой- то мелкий предмет. Думая, что это насекомое, летчик проворно схватил его рукой. Представьте изумление летчика, когда оказалось, что он поймал… германскую боевую пулю! Не правда ли, это напоминает россказни легендарного барона Мюнхгаузена, будто бы ловившего пушечные ядра руками? А между тем в сообщении о летчике, поймавшем пулю, нет ничего невозможного. Пуля ведь не все время движется со своей начальной скоростью 800 – 900 м в секунду. Из- за сопротивления воздуха она постепенно замедляет свой полет и к концу пути – на излете – делает всего метров 40 в секунду. А такую скорость развивает и самолет. Значит, легко может случиться, что пуля и самолет будут иметь одинаковую скорость; тогда по отношению к летчику пуля будет неподвижна или будет двигаться едва заметно. Ничего не будет стоить тогда схватить ее рукой, – особенно в перчатке, потому что пуля, движущаяся в воздухе, сильно разогревается.   Самая медленная часть колеса left0 Прикрепите сбоку к ободу тележного колеса( или к шине велосипедного) цветную бумажку и наблюдайте за ней во время движения телеги( или велосипеда) . Вы заметите странное явление: пока бумажка находится в нижней части катящегося колеса, она видна довольно отчетливо; в верхней же части она мелькает так быстро, что вы не успеваете ее разглядеть.   Выходит как будто, что верхняя часть колеса движется быстрее, чем нижняя. То же наблюдение можно сделать, если сравнить между собой верхние и нижние спицы катящегося колеса какого- нибудь экипажа. Будет заметно, что верхние спицы сливаются в одно сплошное целое, нижние же видимы раздельно. Дело опять- таки происходит так, словно верхняя часть колеса быстрее движется, чем нижняя. В чем же разгадка этого странного явления? Да просто в том, что верхняя часть катящегося колеса действительно движется быстрее, чем нижняя. Факт представляется с первого взгляда невероятным, а между тем простое рассуждение убедит нас в этом. Ведь каждая точка катящегося колеса совершает сразу два движения: обращается вокруг оси и в то же время подвигается вперед вместе с этой осью. Происходит – как в случае земного шара – сложение двух движений, и результат для верхней и нижней частей колеса получается разный. Вверху вращательное движение колеса прибавляется к поступательному, так как оба движения направлены в одну и ту же сторону. Внизу же вращательное движение направлено в обратную сторону и, следовательно, отнимается от поступательного. Вот почему верхние части колеса перемещаются относительно неподвижного наблюдателя быстрее, чем нижние. То, что это действительно так, легко понять на простом опыте, который следует проделать при удобном случае. Воткните в землю палку рядом с колесом стоящей телеги так, чтобы палка приходилась против оси. На ободе колеса, в самой верхней и в самой нижней его частях, сделайте пометки мелом или углем; пометки придутся, следовательно, как раз против палки. Теперь откатите телегу немного вправо( рис. 7) , чтобы ось отошла от палки сантиметров на 20 – 30, и заметьте, как переместились ваши пометки. Окажется, что верхняя пометка A переместилась заметно больше, нежели нижняя В, которая только едва отступила от палки. Как убедиться, что верхняя часть колеса движется быстрее нижней С равните расстояния точек А и В откатившегося колеса( правый чертеж) от неподвижной палки. Итак, не все точки движущегося колеса телеги перемещаются одинаково быстро. Какая же часть катящегося колеса движется всего медленнее? Нетрудно сообразить, что медленнее всех движутся те точки колеса, которые в данный момент соприкасаются с землей. Строго говоря, в момент соприкосновения с почвой эти точки колеса совершенно неподвижны. Все сказанное справедливо только для колеса катящегося, а не для такого, которое вращается на неподвижной оси. В маховом колесе, например, верхние н нижние точки обода движутся с одинаковой скоростью. Когда мы движемся вокруг Солнца быстрее? В парижских газетах появилось однажды объявление, обещавшее каждому за 25 сантимов указать способ путешествовать дешево и притом без малейшего утомления. Нашлись легковерные, которые прислали требуемые 25 сантимов. В ответ каждый из них получил по почте письмо следующего содержания: " Оставайтесь, гражданин, спокойно в своей кровати и помните, что Земля наша вертится. На параллели Парижа – 49- й – вы пробегаете каждые сутки более 25 000 км. А если вы любите живописные виды, откиньте оконную занавеску и восхищайтесь картиной звездного неба Привлеченный к суду за мошенничество, виновник этой затеи выслушал приговор, уплатил наложенный на него штраф и, говорят, став а театральную позу, торжественно повторил знаменитое восклицание Галилея: – А все- таки она вертится! left0 В известном смысле обвиняемый был прав, потому что каждый обитатель земного шара не только" путешествует”, вращаясь вокруг земной оси, но с еще большей скоростью переносится Землей в ее обращении вокруг Солнца. Ежесекундно планета наша со всеми своими обитателями перемещается в пространстве на 30 км, вращаясь одновременно и вокруг оси. По этому поводу можно задать интересный вопрос: когда мы движемся вокруг Солнца быстрее – днем или ночью? Вопрос способен вызвать недоумение: ведь всегда на одной стороне Земли день, на другой – ночь; какой же смысл имеет наш вопрос? По- видимому, никакого. Однако это не так. Спрашивается ведь не о том, когда вся Земля перемещается скорее, а о том, когда мы, ее обитатели, движемся скорее среди звезд. А это уже вовсе не бессмысленный вопрос. В солнечной системе мы совершаем два движения: вращаемся вокруг Солнца и в то же время обращаемся вокруг земной оси. Оба движения складываются, но результат получается различный, смотря по тому, находимся ли мы на дневной или ночной половине Земли. Взгляните на рис. 6, и вы поймете, что в полночь скорость вращения прибавляется к поступательной скорости Земли, а в полдень, наоборот, отнимается от нее. Значит, в полночь мы движемся в солнечной системе быстрее, нежели в полдень. Так как точки экватора пробегают в секунду около полукилометра, то для экваториальной полосы разница между полуденной и полуночной скоростью достигает целого километра в секунду. Знакомые с геометрией легко могут вычислить, что для Ленинграда( который находится на 60- й параллели) эта разница вдвое меньше: в полночь ленинградцы каждую секунду пробегают в солнечной системе на полкилометра больше, нежели в полдень. Тысячная доля секунды Для нас, привыкших мерить время на свою человеческую мерку, тысячная доля секунды равнозначна нулю. Такие промежутки времени лишь недавно стали встречаться в нашей практике. Когда время определяли по высоте Солнца или длине тени, то не могло быть речи о точности даже до минуты; люди считали минуту слишком ничтожной величиной, чтобы стоило ее измерять. Древний человек жил такой неторопливой жизнью, что на его часах – солнечных, водяных, песочных – не было особых делений для минут. Только с начала XVIII века стала появляться на циферблате минутная стрелка. А с начала XIX века появилась и секундная стрелка. Определение времени дня по положению Солнца на небе( слева) и по длине тени( справа) . Водяные часы. у потреблявшиеся в древнем мире. Старинные карманные часы. Что же может совершиться в тысячную долю секунды? Очень многое! Поезд, правда, может переместиться за этот промежуток времени всего сантиметра на три, звук – уже на 33 см, самолет – примерно на полметра; земной шар пройдет в своем движении вокруг Солнца в такую долю секунды 30 м, а свет – 300 км. Мелкие существа, окружающие нас, если бы они умели рассуждать, вероятно, не считали бы тысячную долю секунды за ничтожный промежуток времени. Для насекомых, например, величина эта вполне ощутима. Комар в течение одной секунды делает 500 – 600 полных взмахов крылышками; значит, в тысячную долю секунды он успевает поднять их или опустить. Человек неспособен перемещать свои члены так быстро, как насекомое. Самое быстрое наше движение – мигание глаз, " мгновение ока”, или" миг”, в первоначальном смысле этих слов. Оно совершается так быстро, что мы не замечаем даже временного затмения поля нашего зрения. Немногие, однако, знают, что это движение – синоним невообразимой быстроты – протекает в сущности довольно медленно, если измерять его тысячными долями секунды. Полное" мгновение ока” длится, как обнаружили точные измерения, в среднем 2/ 5 секунды, т. е. 400 тысячных долей ее. Оно распадается на следующие фазы: опускание века( 75 – 90 тысячных секунды) , состояние неподвижности опущенного века( 130 – 170 тысячных) и поднятие его( около 170 тысячных) . Как видите, один" миг” в буквальном смысле этого слова – промежуток довольно значительный, в течение которого глазное веко успевает даже немного отдохнуть. И если бы мы могли раздельно воспринимать впечатления, длящиеся тысячную долю секунды, мы уловили бы" в один миг” два плавных движения глазного века, разделенных промежутком покоя. При таком устройстве нашей нервной системы мы увидели бы окружающий нас мир преображенным до неузнаваемости. Описание тех странных картин, какие представились бы тогда нашим глазам, дал английский писатель Уэллс в рассказе" Новейший ускоритель”. Герои рассказа выпили фантастическую микстуру, которая действует на нервную систему так, что делает органы чувств восприимчивыми к раздельному восприятию быстрых явлений. Вот несколько примеров из рассказа: " – Видали ли вы до сих пор, чтобы занавеска прикреплялась к окну этаким манером? Я посмотрел на занавеску и увидел, что она словно застыла и что угол у нее как загнулся от ветра, так и остался. – Не видал никогда, – сказал я. – Что за странность! – А это? – сказал он и растопырил пальцы, державшие стакан. Я ожидал, что стакан разобьется, но он даже не шевельнулся: он повис в воздухе неподвижно. – Вы, конечно, знаете, – сказал Гибберн, – что падающий предмет опускается в первую секунду на 5 м. И стакан пробегает теперь эти 5 м, – но, вы понимаете, не прошло еще и сотой доли секунды. [ Надо иметь в виду, к тому же, что в первую сотую долю первой секунды своего падения тело проходит не сотую часть от 5 м, а 10000- ю( по формуле S= gt2/ 2) , т. е. полмиллиметра, а в первую тысячную долю секунды – всего 1/ 200 мм. ] Это может вам дать понятие о силе моего" ускорителя”. Стакан медленно опускался. Гибберн провел рукой вокруг стакана, над ним и под ним… Я глянул в окно. Какой- то велосипедист, застывший на одном месте, с застывшим облаком пыли позади, догонял какую- то бричку, которая также не двигалась ни на один дюйм. … Наше внимание было привлечено омнибусом, совершенно окаменевшим. Верхушка колес, лошадиные ноги, конец кнута и нижняя челюсть кучера( он только что начал зевать) – все это, хотя и медленно, но двигалось; остальное же в этом неуклюжем экипаже совершенно застыло. Сидящие там люди были как статуи. …Какой- то человек застыл как раз в тот момент, когда он делал нечеловеческие усилия сложить на ветру газету. Но для нас этого ветра не существовало. …Все, что было сказано, подумано, сделано мной с той поры, как" ускоритель” проник в мой организм, было лишь мгновением ока для всех прочих людей и для всей вселенной”. Вероятно, читателям интересно будет узнать, каков наименьший промежуток времени, измеримый средствами современной науки? Еще в начале этого века он равнялся 10000- й доле секунды; теперь же физик в своей лаборатории способен измерить 100000000000- ю долю секунды. Этот промежуток примерно во столько же раз меньше целой секунды, во сколько раз секунда меньше 3000 лет! В погоне за временем Можно ли в 8 часов утра вылететь из Владивостока и в 8 часов утра того же дня прилететь в Москву? Вопрос этот вовсе не лишен смысла. Да, можно. Чтобы понять этот ответ, нужно только вспомнить, что разница между поясным временем Владивостока и Москвы составляет девять часов. И если самолет сможет пройти расстояние между Владивостоком и Москвой за это время, то он прибудет в Москву в час своего вылета из Владивостока. Расстояние Владивосток – Москва составляет примерно 9000 км. Значит, скорость самолета должна быть равна 9000: 9= 1000 км/ час. Это вполне достижимая в современных условиях скорость. Чтобы" перегнать Солнце”( или, точнее, Землю) в полярных широтах, нужна значительно меньшая скорость. На 77- й параллели( Новая Земля) самолет, обладающий скоростью около 450 км/ час, пролетает столько же, сколько успевает за тот же промежуток времени пройти точка земной поверхности при вращении Земли вокруг оси. Для пассажира такого самолета Солнце остановится и будет неподвижно висеть на небе, не приближаясь к закату( при этом, конечно, самолет должен двигаться в подходящем направлении) . Еще легче" перегнать Луну” в ее собственном обращении вокруг Земли. Луна движется вокруг Земли в 29 раз медленнее, чем Земля вокруг своей оси( сравниваются, конечно, так называемые" угловые”, а не линейные скорости) . Поэтому обыкновенный пароход, делающий 25 – 30 км в час, может уже в средних широтах" перегнать Луну”. О таком явлении упоминает Марк Твен в своих очерках" Простаки за границей”. Во время переезда по Атлантическому океану от Нью- Йорка к Азорским островам" стояла прекрасная летняя погода, а ночи были даже лучше дней. Мы наблюдали странное явление: Луну, появляющуюся каждый вечер в тот же час в той же точке неба. Причина этого оригинального поведения Луны сначала оставалась для нас загадочной, но потом мы сообразили, в чем дело: мы подвигались каждый час на 20 минут долготы к востоку, т. е. именно с такой скоростью, чтобы не отставать от Луны! ”.   Тяжесть, вес Почему на перине мягко? left0 Почему на простом табурете сидеть жестко, в то время как на стуле, тоже деревянном, нисколько не жестко? Почему мягко лежать в веревочном гамаке, который сплетен из довольно твердых шнурков? Почему не жестко лежать на проволочной сетке, устраиваемой в кроватях взамен пружинных матрасов? Нетрудно догадаться. Сидение простого табурета плоско; наше тело соприкасается с ним лишь по небольшой поверхности, на которой и сосредоточивается вся тяжесть туловища. У стула же сиденье вогнутое; оно соприкасается с телом по большей поверхности; по этой поверхности и распределяется вес туловища: на единицу поверхности приходится меньший груз, меньшее давление. Итак, все дело здесь в более равномерном распределении давления. Когда мы нежимся из мягкой постели, в ней образуются углубления, соответствующие неровностям нашего тела. Давление распределяется здесь по нижней поверхности тела довольно равномерно, так что на каждый квадратный сантиметр приходится всего несколько граммов. Неудивительно, что в этих условиях мы чувствуем себя хорошо. Легко выразить это различие и в числах. Поверхность тела взрослого человека составляет около 2 кв. м, или 20000 кв. см. Допустим, что, когда мы лежим в постели, с ней соприкасается, опираясь на нее, приблизительно 1/ 4 всей поверхности нашего тела, т. е. 0, 5 кв. м, пли 5000 кв. см. Вес же нашего тела – около 60 кг( в среднем) , или 60000 г. Значит, на каждый квадратный сантиметр приходится всего 12 г. Когда же мы лежим па голых досках, то соприкасаемся с спорной плоскостью лишь в немногих маленьких участках, общей площадью в какую- нибудь сотню квадратных сантиметров. На каждый квадратный сантиметр приводится, следовательно, давление в полкилограмма, а не в десяток граммов. Разница заметная, и мы сразу ощущаем ее на своем теле, говоря, что нам" очень жестко”. Но даже на самом твердом ложе нам может быть вовсе не жестко, если давление распределяется равномерно на большую поверхность. Вообразите, что вы легли на мягкую глину и в пей отпечатались форма вашего тела. Покинув глину, оставьте ее сохнуть( высыхая, глина" садится” на 5– – 10% , но предположим, что этого не происходит) . Когда они сделаете твердой как камень, сохранив оставленные вашим телом вдавленности, лягте на нее опять, заполнив собой эту каменную форму. Вы почувствуете себя, как на нежном пуховике, не ощущая жесткости, хотя лежите буквально на камне. Вы уподобитесь легендарному Левиафана, о котором читаем в стихотворении Ломоносова: На острых камнях возлегает   И твердость оных презирает, Для крепости великих сил, Считая их за мягкий ил. Но причина нашей нечувствительности к жесткости ложа будет не" крепость великих сил”, а распределение веса тела на весьма большую опорную поверхность. Почему заостренные предметы колючи? Задумывались ли вы над вопросом: отчего игла так легко пронизывает предмет насквозь? Отчего сукно или картон легко проткнуть тонкой иглой и трудно пробить тупым гвоздем? В обоих случаях действует, казалось бы, одинаковая сила. Сила одинакова, но давление все же не одинаково. В первом случае вся сила сосредоточивается на острие иглы; во втором – та же сила распределяется на большую площадь конца гвоздя; следовательно, давление иглы гораздо больше, нежели давление тупого стержня при одном и том же усилии наших рук. Каждый скажет, что борона с 20 зубьями глубже разрыхлит землю, чем борона того же веса, но с 60 зубьями. Почему? Потому что нагрузка на каждый зуб в первом случае больше, чем во втором. Когда речь идет о давлении, всегда необходимо, кроме силы, принимать во внимание также и площадь, на которую эта сила действует. Когда нам говорят, что кто- либо получает 1000 рублей зарплаты, то мы не знаем еще, много это или мало: нужно знать – в год или в месяц? Точно так же и действие силы зависит от того, распределяется ли она на квадратный сантиметр или сосредоточивается на сотой доле квадратного миллиметра. Человек на лыжах ходит по рыхлому снегу, а без лыж проваливается. Почему? Потому что в первом случае давление его тела распределяется на гораздо большую поверхность, чем во втором. Если поверхность лыж, например, в 20 раз больше поверхности наших подошв, то на лыжах мы давим на снег в 20 раз слабее, чем стоя на снегу прямо ногами. Рыхлый снег выдерживает первое давление, но не выдерживает второго. По той же причине лошадям, работающим на болоте, подвязывают особые" башмаки” к копытам, чтобы увеличить площадь опоры ног и тем уменьшить давление на болотистую почву: ноги лошадей при этом не увязают в болоте. Так же поступают и люди в некоторых болотистых местностях. По тонкому льду люди передвигаются ползком, чтобы распределить вес своего тела на большую площадь. Наконец, характерная особенность танков и гусеничных тракторов не увязать в рыхлом грунте, несмотря на свой значительный вес, объясняется опять- таки распределением веса на большую поверхность опоры. Гусеничная машина весом 8 и более тонн оказывает на 1 кв. см грунта давление не более 600 г. С этой точки зрения интересен автомобиль на гусеничном ходу для перевозки грузов на болотах. Такой грузовик, везущий 2 тонны груза, оказывает на грунт давление всего 160 г на 1 кв. см; благодаря этому он хорошо ходит на торфяном болоте и по топким или песчаным местностям. В этом случае большая площадь опоры так же выгодна технически, как малая площадь в случае иглы. Из сказанного ясно, что острие прокалывает лишь благодаря незначительности площади, по которой распределяется действие силы. Совершенно по той же причине острый нож лучше режет, нежели тупой: сила сосредоточивается на меньшем пространстве. Итак, заостренные предметы оттого хорошо колют и режут, что на их остриях и лезвиях сосредоточивается большие давление.   Как взвесить верно на неверных весах? left0 Рис. Предплечье С человека – рычаг второго рода. Что важнее для правильного взвешивания: весы или гири? Вы ошибаетесь, если думаете, что одинаково важно и то и другое: можно правильно взвесить и не имея верных весов, когда под рукой есть верные гири. Существует несколько способов верно взвешивать на неверных весах. Рассмотрим из них два. Первый способ предложен нами великим химиком Д. И. Менделеевым. Взвешивание начинают с того, что на одну из чашек кладут какой- нибудь груз, – безразлично какой, лишь бы он был тяжелее тела, подлежащего взвешиванию. Груз этот уравновешивают гирями на другой чашке. После этого на чашку с гирями кладут взвешиваемое тело и снимают с нее столько гирь, сколько требуется, чтобы восстановить нарушенное равновесие. Вес снятых гирь, очевидно, равен весу тела; оно заменяет их теперь на одной и той же чашке и, значит, имеет одинаковый с ними вес. Этот прием, который называют" способом постоянной нагрузки”, особенно удобен, когда приходится отвешивать одно за другим несколько тел: первоначальная нагрузка остается и ею пользуются для всех отвешиваний. Другой прием, названный по имени предложившего его ученого" способом Борда ”, выполняется так. Поместите предмет, подлежащий взвешиванию, на одну чашку весов, а на другую насыпайте песок или дробь до тех пор, пока весы не придут в равновесие. Затем, сняв с чашки взвешиваемый предмет( песок не трогайте) , кладите на нее гири до тех пор, пока весы снова не уравновесятся. Ясно, что теперь вес гирь равен весу замененного ими предмета. Отсюда другое название способа –" взвешивание заменой”. Рис. Предплечье С человека – рычаг второго рода. Действующая сила приложена к точке I; опора рычага находится в точке O сочленения; преодолеваемое же сопротивление( груз R) приложено в точке В. Расстояние ВО больше расстояния IO приблизительно в 8 раз. ( Рисунок взят из старинного сочинения Борелли, флорентийского ученого XVII века, " О движении животных”, где законы механики впервые прилагаются к физиология. ) Для пружинных весов, имеющих только одну чашку, также применим этот простой прием, если у вас, кроме того, есть верные гири. Здесь нет надобности запасаться песком или дробью. Положите взвешиваемую вещь на чашку и заметьте, у какого деления остановится указатель. Затем, сняв вещь, поставьте на чашку столько гирь, сколько нужно, чтобы указатель остановился у прежнего деления. Вес этих гирь, очевидно, должен равняться весу замененной ими вещи. Сколько весит тело когда падает? left0 Рис. Опыт, иллюстрирующий невесомость падающего тела. Заметили ли вы, какое странное ощущение испытываете вы в тот момент, когда начинаете спускаться на лифте? Ненормальная легкость, вроде той, какую испытывает человек, летящий в пропасть … Э то – не что иное, как ощущение невесомости: в первый момент движения, когда пол под вашими ногами уже опускается, а вы сами не успели еще приобрести той же скорости, тело ваше почти не давит на пол и, следовательно, весьма мало весит. Проходит мгновение, и странное ощущение прекращается; ваше тело, стремясь падать быстрее, чем равномерно движущийся лифт, давит на его пол и, значит, снова приобретает свой полный вес. Привесьте гирю к крючку пружинных весов и следите, куда двинется указатель, если весы с гирей быстро опустить вниз( для удобства поместите кусочек пробки в прорезь весов и заметьте изменение его положения) . Вы убедитесь, что во время падения указатель показывает не полный вес гири, а гораздо меньше! Если бы весы падали свободно и вы имели возможность во время падения следить за их указателем, вы заметили бы, что гиря при падении вовсе ничего не весит: указатель находится у нуля. Самое тяжелое тело становится совершенно невесомым в течение всего того времени, пока оно падает, Легко понять, почему это так. " Весом” тела мы называем силу, с которой тело тянет точку подвеса или давит на свою опору. Но падающее тело не производит никакого натяжения пружины весов, так как пружина опускается вместе с ним. Пока тело падает, оно ничего не натягивает и ни на что не напирает. Следовательно, спрашивать о том, сколько весит тело, когда оно падает, все равно, что спрашивать: сколько тело весит, когда оно не весит? Еще основатель механики, Галилей, в XVII веке писал[ В" Математических доказательствах, касающихся двух отраслей новой науки”. В 1934 г. вышел полный русский перевод этого замечательного сочинения. ] : " Мы ощущаем груз на наших плечах, когда стараемся мешать его падению. Но если станем двигаться вниз с такой же скоростью, как и груз, лежащей на нашей спине, то как же может он давить и обременять нас? Это подобно тому, как если бы мы захотели поразить копьем[ Не выпуская его из рук. Я. П. ] кого- либо, кто бежит впереди нас с такой же скоростью, с какой движемся и мы”. Следующий легко исполнимый опыт наглядно подтверждает правильность этих рассуждений. На одну чашку торговых весов положите щипцы для раскалывания орехов так, чтобы одно колено их покоилось на чашке, другое же привяжите за конец ниткой к крючку коромысла( рис. 24) . На другую чашку поместите столько груза, чтобы весы были в равновесии. Поднесите к нитке зажженную спичку; нитка перегорит и верхнее колено щипцов упадет на чашку. Что же произойдет в этот момент с весами? Опустится ли чашка с щипцами в то время, пока колено еще падает, поднимется она или останется в равновесии? Теперь, когда вы знаете уже, что падающее тело не имеет веса, вы можете заранее дать правильный ответ на этот вопрос: чашка должна подняться на мгновение вверх. В самом деле: верхнее колено щипцов, падая, хотя и остается в соединении с нижним, все же давит на него меньше, чем в неподвижном состоянии. Вес щипцов на мгновение уменьшается, и чашка, естественно, поднимается вверх. Где вещи тяжелее? Сила, с какой тела притягиваются земным шаром, убывает по мере возвышения над земной поверхностью. Если бы мы подняли килограммовую гирю на высоту 6400 км, т. е. удалили ее от центра земного шара на два его радиуса, то сила притяжения ослабела бы в 22, т. е. в 4 раза, и гиря на пружинном безмене вытянула бы всего 250 г вместо 1000. Согласно закону тяготения земной шар притягивает внешние тела так, как если бы вся его масса сосредоточена была в центре, а сила этого притяжения убывает обратно квадрату расстояния. В нашем случае расстояние гири от центра Земли удвоилось, и оттого притяжение ослабело в 22, т. е. вчетверо. Удалив гирю на 12800 км от земной поверхности, т. е. на тройное расстояние от центра Земли, мы ослабили бы притяжение в 32, т. е. в 9 раз; 1000– граммовая гиря весила бы тогда всего 111 г, и т. д. Естественно рождается мысль, что, углубляясь с гирей в недра Земли, т. е. приближая тело к центру нашей планеты, мы должны наблюдать усиление притяжения: гиря в глубине Земли должна весить больше. Эта догадка неверна: с углублением в Землю тела не увеличиваются в весе, а, напротив, уменьшаются. left0 Рис. Почему с углублением в Землю сила тяжести ослабевает. Объясняется это тем, что в таком случае притягивающие частицы Земли расположены уже не по одну сторону тела, а по разные его стороны. Взгляните на рис. Вы видите, что гиря, помещенная в глубине Земли, притягивается вниз частицами, расположенными ниже гири, но в то же время притягивается вверх теми частицами, которые лежат выше нее. Можно доказать, что в конечном итоге имеет значение притягивающее действие только шара, радиус которого равен расстоянию от центра Земли до местонахождения тела. п оэтому вес тела по мере углубления в Землю должен быстро уменьшаться. Достигнув центра Земли, тело совсем утратит вес, сделается невесомым, так как окружающие частицы влекут его там во все стороны с одинаковой силой. Итак, всего больше тело весит на самой поверхности Земли; с удалением от нее ввысь или вглубь вес его уменьшается[ Так происходило бы, если бы земной шар был вполне однороден по плотности: в действительности плотность Земли возрастает с приближением к центру; поэтому сила тяжести при углублении в Землю сначала, на некотором расстоянии, растет и лишь затем начинает ослабевать. ] . Арбуз- бомба Если при известных условиях пуля может стать безвредной, то возможен и обратный случай: " мирное тело”, брошенное с незначительной скоростью, произведет разрушительное действие. Во время автомобильного пробега Ленинград – Тифлис( в 1924 г. ) крестьяне кавказских селений приветствовали проносящиеся мимо них автомобили, кидая пассажирам арбузы, дыни, яблоки. Действие этих невинных подарков оказывалось вовсе не приятным: арбузы и дыни вдавливали, сминали и ломали кузов машины, а яблоки, попав в пассажира, причиняли серьезные увечья. Причина понятна: собственная скорость автомобиля складывалась со скоростью брошенного арбуза или яблока и превращала их в опасные, разрушительные снаряды. Нетрудно рассчитать, что пуля в 10 г весом обладает такой же энергией движения, как арбуз в 4 кг, брошенный в автомобиль, который мчится со скоростью 120 км в час, Пробивное действие арбуза при таких условиях не может, однако, сравниться с действием пули, так как арбуз не обладает ее твердостью. left0 Рис. Арбуз, брошенный навстречу быстро мчащемуся автомобилю, превращается в" снаряд”. Когда разовьется скоростная авиация в высших слоях атмосферы( в так называемой стратосфере) , самолеты будут иметь скорость около 3000 км в час, т. е. скорость пуль, летчикам придется иметь дело с явлениями, напоминающими рассмотренное сейчас. А именно, каждый предмет, попадающийся на пути такого сверхбыстроходного самолета, превратится для него в разрушительный снаряд. Наткнуться на горсть пуль, просто уроненных с другого самолета, даже не летящего навстречу, будет все равно, что подвергаться обстрелу из пулемета: падающие пули ударятся об аэроплан с такой же силой, с какой вонзились бы в эту машину пули из пулемета. Так как относительные скорости в обоих случаях одинаковы( самолет и пуля сближаются со скоростью около 800 м в секунду) , то разрушительные последствия столкновений будут одинаковы. Наоборот, если нуля летит вслед аэроплану, несущемуся с равной скоростью, то для летчика она, как мы уже знаем, безвредна. Тем, что тела, движущиеся с почти одинаковой скоростью в одном направлении, приходят в соприкосновение без удара, искусно воспользовался в 1935 г. машинист Борщев, приняв движущийся состав из 36 вагонов на свой поезд без удара и тем предотвратив железнодорожную катастрофу. Произошло это на Южной дороге, на перегоне Ельников – Ольшанка, при следующих обстоятельствах. Впереди поезда, который вел Борщев, шел другой. За недостатком паров передний поезд остановился; его машинист с паровозом и несколькими вагонами отправился вперед, на станцию, оставив остальные 36 вагонов на пути. Вагоны, под которые не было подложено башмаков, покатились под уклон назад со скоростью 15 км в час, грозя налететь на поезд Борщева. Заметив опасность, находчивый машинист остановил свой поезд и повел его назад, постепенно развив скорость также 15 км в час. Благодаря такому маневру ему удалось весь 36- вагонный состав принять на свой поезд без малейшего повреждения. Наконец, на том же принципе основан прибор, чрезвычайно облегчающий письмо в движущемся поезде. Писать в вагоне па ходу поезда трудно лишь потому, что толчки на стыках рельсов передаются бумаге и кончику пера не одновременно. Если устроить так, чтобы бумага и перо получали сотрясение в одно и то же время, они друг относительно друга будут в покое и письмо на ходу поезда не составит никакого затруднения. Это и достигается благодаря прибору, изображенному на рис.   Рука с пером пристегивается к дощечке а, могущей передвигаться в пазах по планке b; последняя в свою очередь может перемещаться в пазах дощечки, лежащей на столике в вагоне. Рука, как видим, достаточно подвижна, чтобы писать букву за буквой, строку за строкой; вместе с тем, каждый толчок, получаемый бумагой на дощечке, в тот же самый момент и с такой же силой передается руке, держащей перо. При таких условиях письмо на ходу поезда становится столь же удобным, как и в неподвижном вагоне; мешает лишь то, что взгляд скользит по бумаге рывками, так как голова и рука получают толчки не одновременно. left0 Рис. Приспособление, позволяющее удобно писать в движущемся поезде. Встаньте Если я скажу вам: " Сейчас вы сядете на стул так, что не сможете встать, хотя и не будете привязаны”, вы примете это, конечно, за шутку. Хорошо. Сядьте же так, как сидит человек, изображенный на рис. , т. е. держа туловище отвесно и не пододвигая ног под сиденье стула. А теперь попробуйте встать, не меняя положения ног и не нагибая корпуса вперед.   В таком положении невозможно подняться со стула. Что, не удается? Никаким усилием мускулов не удастся вам встать со стула, пока вы не пододвинете ног под сиденье или не подадитесь корпусом вперед. Чтобы понять, почему это так, нам придется побеседовать немного о равновесии тел вообще и человеческого в частности. Стоящий предмет не опрокидывается только тогда, когда отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит внутри основания вещи. Поэтому наклонный цилиндр должен непременно опрокинуться; но если бы он был настолько широк, что отвесная линия, проведенная из его центра тяжести, проходила бы в пределах его основания, цилиндр не опрокинулся бы. Так называемые" падающие башни” – в Пизе, в Болонье или хотя бы" падающая колокольня” в Архангельске не падают, несмотря на свой наклон, также потому, что отвесная линия из их центра тяжести не выходит за пределы основания( другая, второстепенная, причина та, что они углублены в землю своими фундаментами) . " Падающая” колокольня в Архангельске( со старинной фотографии) . Стоящий человек не падает только до тех пор, пока отвесная линия из центра тяжести находится внутри площадки, ограниченной краями его ступней. Поэтому так трудно стоять на одной ноге; еще труднее стоять на канате: основание очень мало и отвесная линия легко может выйти за его пределы. Заметили ли вы, какой странной походкой отличаются старые" морские волки”? Проводя всю жизнь на качающемся судне, где отвесная линия из центра тяжести их тела ежесекундно может выйти за пределы пространства, занятого ступнями, моряки вырабатывают привычку ступать так, чтобы основание их тела( т. е. широко расставленные ноги) захватывало возможно большее пространство. Это придает морякам необходимую устойчивость на колеблющейся палубе; естественно, что та же привычка сохраняется при ходьбе по твердой земле. Можно привести и обратный пример, когда необходимость поддерживать равновесие обусловливает красоту позы. Обращали вы внимание на то, какой стройный вид имеет человек, несущий на голове груз? Всем известны изящные изваяния женских фигур с кувшином на голове. Неся на голове груз, по необходимости приходится держать голову и туловище прямо: малейшее уклонение грозит вывести центр тяжести( приподнятый в таких случаях выше обычного положения) из контура основания, и тогда равновесие фигуры будет нарушено. Теперь вернемся к опыту с вставанием сидящего человека. Центр тяжести туловища сидящего человека находится внутри тела, близ позвоночника, сантиметров на 20 выше уровня пупка. Проведите отвесную линию из этой точки вниз: она пройдет под стулом, позади ступней. А чтобы человек мог стоять, линия эта должна проходить между ступнями. left0 Когда человек стоит, отвесная линия, проведенная из центра тяжести, проходит внутри площадки, ограниченной ступнями. Значит, вставая, мы должны либо податься грудью вперед, перемещая этим центр тяжести, либо же пододвинуть ноги назад, чтобы подвести опору под центр тяжести. Обычно мы так и делаем, . когда встаем со стула. Но если нам не разрешают делать ни того, ни другого, то встать мудрено, как вы и убеждаетесь на   описанном опыте. Вечные двигатели Еще вечные двигатели На рис. вы видите тяжелую цепь, перекинутую через колеса так, что правая ее половина при всяком положении должна быть длиннее левой. Следовательно, – рассуждал изобретатель, – она должна перевешивать и безостановочно падать вниз, приводя в движение весь механизм. Так ли это? left0 Рис. Вечный ли это двигатель? Конечно, нет. Мы сейчас видели, что тяжелая цепь может уравновешиваться легкой, если силы увлекают их под разными углами. В рассматриваемом механизме левая цепь натянута отвесно, правая же расположена наклонно, а потому она, хотя и тяжелее, все же не перетягивает левую. Ожидаемого" вечного” движения здесь получиться не может. Пожалуй, остроумнее всех поступил некий изобретатель" вечного” двигателя, показывавший свое изобретение в шестидесятых годах прошлого столетия на Парижской выставке. Двигатель состоял из большого колеса с перекатывавшимися в нем шарами, причем изобретатель утверждал, что никому не удастся задержать движение колеса. Посетители один за другим пытались остановить колесо, – но оно немедленно же возобновляло вращение, как только отнимали руки. Никто не догадывался, что колесо вращается именно благодаря стараниям посетителей остановить его; толкая его назад, они тем самым заводили пружину искусно скрытого механизма… чудо и не чудо Безнадежная погоня за" вечным” двигателем многих людей сделала глубоко несчастными. Я знал рабочего, тратившего все свои заработки и сбережения на изготовление модели" вечного” двигателя и дошедшего вследствие этого до полной нищеты. Он сделался жертвой своей неосуществимой идеи. Полуодетый, всегда голодный, он просил у всех дать ему средства для постройки" окончательной модели”, которая уже" непременно будет двигаться”. Грустно было сознавать, что этот человек подвергался лишениям единственно лишь вследствие плохого знания элементарных основ физики. Любопытно, что если поиски" вечного” двигателя всегда оказывались бесплодными, то, напротив, глубокое понимание его невозможности приводило нередко к плодотворным открытиям. Прекрасным примером может служить тот способ, с помощью которого Стевин, замечательный голландский ученый конца XVI и качала XVII века, открыл закон равновесия сил на наклонной плоскости. Этот математик заслуживает гораздо большей известности, нежели та, какая выпала на его долю, потому что он сделал много важных открытий, которыми мы теперь постоянно пользуемся: изобрел десятичные дроби, ввел в алгебру употребление показателей, открыл гидростатический закон, впоследствии вновь открытый Паскалем. Закон равновесия сил на наклонной плоскости он открыл, не опираясь на правило параллелограмма сил, единственно лишь с помощью чертежа, который здесь воспроизведен( рис. 47) . Через трехгранную призму перекинута цепь из 14 одинаковых шаров. Что произойдет с этой цепью? Нижняя часть, свисающая гирляндой, уравновешивается сама собой. Но остальные две части цепи – уравновешивают ли друг друга? Иными словами: правые два шара уравновешиваются ли левыми четырьмя? Конечно, да, – иначе цепь сама собой вечно бежала бы справа налево, потому что на место соскользнувших шаров всякий раз помещались бы другие и равновесие никогда бы не восстанавливалось. Но так как мы знаем, что цепь, перекинутая указанным образом, вовсе не движется сама собой, то, очевидно, два правых шара действительно уравновешиваются четырьмя левыми. Получается словно чудо: два шара тянут с такой же силой, как и четыре. Из этого мнимого чуда Стевин вывел важный за кон механики. Он рассуждал так. Обе цепи – и длинная и короткая – весят различно: одна цепь тяжелее другой во столько же раз, во сколько раз длинная грань призмы длиннее короткой. Отсюда вытекает, что и вообще два груза, связанных шнуром, уравновешивают друг друга на наклонных плоскостях, если веса их пропорциональны длинам этих плоскостей. left0 Рис. " Чудо и не чудо”. В частном случае, когда короткая плоскость отвесна, мы получаем известный закон механики: чтобы удержать тело на наклонной плоскости, надо действовать в направлении этой плоскости силой, которая во столько раз меньше веса тела, во сколько раз длина плоскости больше ее высоты. Так, исходя из мысли о невозможности вечного двигателя, сделано было важное открытие в механике. Вечные двигатели О" вечном двигателе”, " вечном движении” часто говорят и в прямом и в переносном смысле слова, но не все отдают себе отчет, что, собственно, надо подразумевать под этим выражением. Вечный двигатель – это такой воображаемый механизм, который безостановочно движет сам себя и, кроме того, совершает еще какую- нибудь полезную работу( например, поднимает груз) . Такого механизма никто построить не смог, хотя по пытки изобрести его делались уже давно. Бесплодность этих попыток привела к твердому убеждению в невозможности вечного двигателя и к установлению закона сохранения энергии – фундаментального утверждения современной науки. Что касается вечного движения, то под этим выражением подразумевается непрекращающееся движение без совершения работы. left0 Рис. Мнимое вечно движущееся колесо, придуманное в средние века На рис. изображен мнимый самодвижущийся механизм – один из древнейших проектов вечного двигателя, иногда и теперь возрождаемый неудачливыми фанатиками этой идеи. К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой его стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна всегда перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо должно вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрется его ось. Так думал изобретатель. Между тем, если сделать такой двигатель, то он вращаться не будет. Почему же расчет изобретателя не оправдывается? Вот почему: хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, но неизбежно такое положение, когда число этих грузов меньше, чем на левой. Взгляните на рис. : справа всего 4 груза, слева же – 8. Оказывается, что вся система уравновешивается; естественно, что колесо вращаться не станет, а, сделав несколько качаний, остановится в таком положении[ Движение такой системы описывается с помощью так называемой теоремы моментов. ] . Теперь доказано непреложно, что нельзя построить механизм, который вечно двигался бы сам собой, выполняя еще при этом какую- нибудь работу. Совершенно безнадежно трудиться над такой задачей. В прежнее время, особенно в средние века, люди безуспешно ломали головы над ее разрешением и потратили на изобретение" вечного двигателя”( по латыни perpetuum mobile[ Произносится" перпетуум мобиле ”] ) много времени и труда. Обладание таким двигателем представлялось даже более заманчивым, чем искусство делать золото из дешевых металлов. У Пушкина в" Сценах из рыцарских времен” выведен такой мечтатель в лице Бертольда. " – Что такое perpetuum mobile? – спросил Мартын. – Perpetuum mobile, – отвечает ему Бертольд, – есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому … В идишь ли, добрый мой Мартын! Делать золото – задача заманчивая, открытие, может быть, любопытное и выгодное, но найти perpetuum mobile … О! …”. Были придуманы сотни" вечных двигателей”, но ни один не двигался. В каждом случае, как и в нашем примере, изобретатель упускал из виду какое- нибудь обстоятельство, которое и разрушало все планы. Вот еще образчик мнимого вечного двигателя: колесо с перекатывающимися в нем тяжелыми шариками. Изобретатель воображал, что шары на одной стороне колеса, находясь всегда ближе к краю, своим весом заставят колесо вертеться. left0 Рис. Мнимый вечный двигатель с перекатывающимися шариками. Разумеется, этого не произойдет – по той же причине, как и с колесом, изображенным на рис. Тем не менее в одном из городов Америки устроено было ради рекламных целей, для привлечения внимания публики к кафе, огромное колесо именно подобного рода. Конечно, этот" вечный двигатель” незаметно приводился в действие искусно скрытым посторонним механизмом, хотя зрителям казалось, что колесо двигают перекатывающиеся в прорезах тяжелые шары. В том же роде были и другие мнимые образцы вечных двигателей, выставлявшиеся одно время в витринах часовых магазинов для привлечения публики: все они незаметно приводились в движение электрическим током. left0 Рис. Мнимый вечный двигатель в городе Лос- Анжелесе( Калифорния) , устроенный ради рекламы. Один рекламный" вечный двигатель” доставил мне однажды немало хлопот. Мои ученики- рабочие были им настолько поражены, что оставались холодны к моим доказательствам невозможности вечного двигателя. Вид шариков, которые, перекатываясь, вращали колесо и тем же колесом поднимались вверх, убеждал их сильнее моих доводов; они не хотели верить, что мнимое механическое чудо приводится в действие электрическим током от городской сети. Выручило меня то, что в выходные дни ток тогда не подавался. Зная это, я посоветовал слушателям наведаться к витрине в эти дни. Они последовали моему совету. – Ну, что, видели двигатель? – спросил я. – Нет, – ответили мне сконфуженно. – Его не видно: прикрыт газетой… Закон сохранения энергии вновь завоевал у них доверие и более уже не утрачивал его. Как отличить вареное яйцо от сырого? left0 Рис. Как завертеть яйцо. Как быть, если нужно, не разбивая скорлупы, определить, сварено яйцо или же оно сырое? Знание механики поможет вам с успехом выйти из этого маленького затруднения. Дело в том, что яйца вареные и сырые вращаются не одинаковым образом. Этим и можно воспользоваться для разрешения нашей задачи. Испытуемое яйцо кладут на плоскую тарелку и двумя пальцами сообщают ему вращательное движение. Сваренное( особенно вкрутую) яйцо вращается при этом заметно быстрее и дольше сырого. Последнее трудно даже заставить вращаться; между тем круто сваренное яйцо вертится так быстро, что очертания его сливаются для глаз в белый сплющенный эллипсоид и оно может само встать на острый конец. Причина этих явлений кроется в том, что круто сваренное яйцо вращается как сплошное целое; в сыром же яйце жидкое его содержимое, не сразу получая вращательное движение, задерживает вследствие своей инерции движение твердой оболочки; оно играет роль тормоза. Вареные и сырые яйца различно относятся также и к остановке вращения. Если к вращающемуся вареному яйцу прикоснуться пальцем, оно останавливается сразу. Сырое же яйцо, остановившись на мгновение, будет после отнятия руки еще немного вращаться. Происходит это опять- таки вследствие инерции: внутренняя жидкая масса в сыром яйце еще продолжает двигаться после того, как твердая оболочка пришла в покой; содержимое же вареного яйца останавливается одновременно с остановкой наружной скорлупы. Подобные испытания можно производить и иным образом. Обтяните сырое и вареное яйца резиновыми колечками" по меридиану” и подвесьте на двух одинаковых бечевках( рис. 40) . Закрутите обе бечевки одинаковое число раз и отпустите. Сразу обнаружится различие между вареным и сырым яйцом. Вареное, придя в начальное положение, начнет по инерции закручивать нить в обратную сторону, затем снова раскрутит ее, – и так несколько раз, постепенно уменьшая число оборотов. Сырое же яйцо повернется раз, другой и остановится задолго до того, как успокоится крутое яйцо: движения тормозятся жидким содержимым.   Рис. Как отличить вареное яйцо от сырого по их вращению в подвеш   Свойство жидкостей и газов Сухим из воды left0 Рис. Как собрать всю воду на тарелке под стакан, опрокинутый вверх дном. Положите монету на большую плоскую тарелку, налейте столько воды, чтобы она покрыла монету, и предложите гостям взять ее прямо руками, не замочив пальцев. Эта, казалось бы, невозможная задача довольно просто решается с помощью стакана и горящей бумажки. Зажгите бумажку, положите ее горящей внутрь стакана и быстро поставьте стакан на тарелку близ монеты, дном вверх. Бумажка погаснет, стакан наполнится белым дымом, а затем под ним сама собой соберется вся вода с тарелки. Монета же, конечно, останется на месте, и через минуту, когда она обсохнет, вы сможете взять ее, не замочив пальцев. Какая сила вогнала воду в стакан и поддерживает ее на определенной высоте? Атмосферное давление. Горящая бумажка нагрела в стакане воздух, давление его от этого возросло, и часть газа вышла наружу. Когда бумажка погасла, воздух снова остыл, но при охлаждении его давление ослабело и под стакан вошла вода, вгоняемая туда давлением наружного воздуха. Вместо бумажки можно пользоваться спичками, воткнутыми в пробочный кружок, как показано на рис. Весьма нередко приходится слышать и даже читать неверное объяснение этого старинного опыта[ Первое его описание и правильное объяснение находим у древнего физика Филона Византийского, жившего около I века до нашей эры] . А именно, говорят, что при этом" сгорает кислород” и потому количество газа под стаканом уменьшается. Такое объяснение грубо ошибочно. Главная причина только в нагревании воздуха, а вовсе не в поглощении части кислорода горящей бумажкой. Это следует, во- первых, из того, что можно обойтись и без горящей бумажки, а просто нагреть стакан, сполоснув его кипятком. Во- вторых, если вместо бумажки взять смоченную спиртом вату, которая горит дольше и сильнее нагревает воздух, то вода поднимается чуть не до половины стакана; между тем известно, что кислород составляет только 1/ 5 всего объема воздуха. Наконец нужно иметь в виду, что вместо" сгоревшего” кислорода образуется углекислый газ и водяной пар; первый, правда, растворяется в воде, но пар остается, занимая отчасти место кислорода.   Что тоньше всего? Немногие, вероятно, знают, что пленка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, какие доступны невооруженному зрению. Обычные предметы сравнения, служащие в нашем языке для выражения тонкости, чрезвычайно грубы по сравнению с мыльной пленкой. " Тонкий, как волос”, " тонкий, как папиросная бумага” – означают огромную толщину рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса и папиросной бумаги. При увеличении в 200 раз человеческий волос имеет толщину около сантиметра, разрез же мыльной пленки даже в таком увеличении еще недоступен зрению. Требуется увеличение еще в 200 раз, чтобы разрез стенки мыльного пузыря усматривался в виде тонкой линии; волос же при таком увеличении( в 40000 раз! ) будет иметь свыше 2 м в толщину. Рис. дает наглядное представление об этих соотношениях. left0 Рис. Вверху – игольное ушко, человеческий волос,   бацилла и паутинная нить, увеличенные в 200 раз. Внизу – бациллы и толщина мыльной пленки, увеличенные   в 40000 раз. 1 мю= 0, 0001 см. Мыльные пузыри Умеете ли вы выдувать мыльные пузыри? Это не так просто, как кажется. И мне казалось, что здесь никакой сноровки не нужно, пока я не убедился на деле, что уменье выдувать большие и красивые пузыри – своего рода искусство, требующее упражнения. Но стоит ли заниматься таким пустым делом, как выдувание мыльных пузырей? В общежитии они пользуются худой славой; по крайней мере в разговоре мы вспоминаем о них для не особенно лестных уподоблений. Совсем иначе смотрит на них физик. " Выдуйте мыльный пузырь, – писал великий английский ученый Кельвин, – и смотрите на него: вы можете заниматься всю жизнь его изучением, не переставая извлекать из него уроки физики”. Действительно, волшебные переливы красок на поверхности тончайших мыльных пленок дают физику возможность измерить длину световых волн, а исследование натяжения этих нежных пленок помогает изучать законы действия сил между частицами, – тех сил сцепления, при отсутствии которых в мире не существовало бы ничего, кроме тончайшей пыли. Те немногие опыты, которые описаны ниже, не преследуют столь серьезных задач. Это просто интересное развлечение, которое лишь познакомит нас с искусством выдувания мыльных пузырей. Английский физик Ч. Бойс в книге" Мыльные пузыри” подробно описал длинный ряд разнообразных опытов с ними. Интересующихся мы и отсылаем к этой превосходной книге, здесь же опишем лишь простейшие опыты. Их можно производить с раствором простого хозяйственного мыла[ Туалетные сорта для этой цели менее пригодны] , но для желающих мы укажем на чисто оливковое или миндальное мыло, которое наиболее пригодно для получения крупных и красивых мыльных пузырей. Кусок такого мыла разводят осторожно в чистой холодной воде, пока не получится довольно густой раствор. Всего лучше пользоваться чистой дождевой или снеговой водой, а за неимением их – кипяченой и охлажденной водой. Чтобы пузыри держались долго, Плато советует прибавлять к мыльному раствору 1/ 3 глицерина( по объему) . С поверхности раствора удаляют ложкой пену и пузырьки, а затем погружают в него тонкую глиняную трубочку, конец которой изнутри и извне вымазан предварительно мылом. Достигают хороших результатов и с помощью соломинок, длиной сантиметров в десять, крестообразно расщепленных на конце. Выдувают пузырь так: окунув трубку в раствор, держа трубку отвесно, так, чтобы на конце ее образовалась пленка жидкости, осторожно дуют в нее. Так как пузырь наполняется при этом теплым воздухом наших легких, который легче окружающего комнатного воздуха, то выдутый пузырь тотчас же поднимается вверх. Если удастся сразу выдуть пузырь сантиметров в 10 диаметром, то раствор годен; в противном случае прибавляют в жидкость еще мыла до тех пор, пока можно будет выдувать пузыри указанного размера. Но этого испытания мало. Выдув пузырь, обмакивают палец в мыльный раствор и стараются пузырь проткнуть; если он не лопнет, то можно приступить к опытам; если же пузырь не выдержит – надо прибавить еще немного мыла. Производить опыты нужно медленно, осторожно, спокойно. Освещение должно быть по возможности яркое, иначе пузыри не покажут своих радужных переливов. Вот несколько занимательных опытов с пузырями. Мыльный пузырь вокруг цветка. В тарелку или на поднос наливают мыльного раствора настолько, чтобы дно тарелки было покрыто слоем в 2 – 3 мм; в середину кладут цветок или вазочку и накрывают стеклянной воронкой. Затем, медленно поднимая воронку, дуют в ее узкую трубочку, – образуется мыльный пузырь; когда же этот пузырь достигнет достаточных размеров, наклоняют воронку, как показано на рис. , высвобождая из- под нее пузырь. Тогда цветок окажется лежащим под прозрачным полукруглым колпаком из мыльной пленки, переливающей всеми цветами радуги. Вместо цветка можно взять статуэтку, увенчав ее голову мыльным пузырьком( рис. ) . Для этого необходимо предварительно капнуть на голову статуэтки немного раствора, а затем, когда большой пузырь уже выдут, проткнуть его и выдуть внутри пего маленький. Несколько пузырей друг в друге. Из воронки, употребленной для описанного опыта, выдувают, как и в том случае, большой мыльный пузырь. Затем совершенно погружают соломинку в мыльный раствор так, чтобы только кончик ее, который придется взять в рот, остался сухим, и просовывают ее осторожно через стенку первого пузыря до центра; медленно вытягивая затем соломинку обратно, не доводя ее, однако до края, выдувают второй пузырь, заключенный в первом, в нем – третий, четвертый и т. д. left0 Рис. Опыты с мыльными пузырями: пузырь на цветке; пузырь вокруг вазы; ряд пузырей друг в друге; пузырь на статуэтке внутри другого пузыря. Цилиндр из мыльной пленки( рис. ) получается между двумя проволочными кольцами. Для этого на нижнее кольцо спускают обыкновенный шарообразный пузырь, затем сверху к пузырю прикладывают смоченное второе кольцо и, поднимая его вверх, растягивают пузырь, пока он не сделается цилиндрическим. Любопытно, что если вы поднимете верхнее кольцо на высоту большую, чем длина окружности кольца, то цилиндр в одной половине сузится, в другой – расширится и затем распадется на два пузыря. Пленка мыльного пузыря все время находится в натяжении и давит на заключенный в ней воздух; направив воронку к пламени свечи, вы можете убедиться, что сила тончайших пленок не так уж ничтожна; пламя заметно уклонится в сторону( рис. ) . Интересно наблюдать за пузырем, когда он из теплого помещения попадает в холодное: он видимо уменьшается в объеме и, наоборот, раздувается, попадая из холодной комнаты в теплую. Причина кроется, конечно, в сжатии и расширении воздуха, заключенного внутри пузыря. Если, например, на морозе в – 15 ° С объем пузыря 1000 куб. см и он с мороза попал в помещение, где температура+ 15° С, то он должен увеличиться в объеме примерно на 1000* 30* 1/ 273= около 110 куб. см.   Рис. Как получить мыльную фигуру в форме цилиндра. left0 Рис. Воздух вытесняется стенками мыльного пузыря. Следует отметить еще, что обычные представления о недолговечности мыльных пузырей не вполне правильны: при надлежащем обращении удается сохранить мыльный пузырь в продолжение целых декад. Английский физик Дьюар( прославившийся своими работами по сжижению воздуха) хранил мыльные пузыри в особых бутылках, хорошо защищенных от пыли, высыхания и сотрясения воздуха; при таких условиях ему удалось сохранять некоторые пузыри месяц и более. Лоренсу в Америке удавалось годами сохранять мыльные пузыри под стеклянным колпаком.     Пена на службе техники Опыт плавания стальной иглы и медной монеты на воде имеет сходство с явлением, используемым в горнометаллургической промышленности для" обогащения” руд, т. е. для увеличения содержания в них ценных составных частей. Техника знает много способов обогащения руд; тот, который мы сейчас имеем в виду и который называется" флотацией”, – наиболее действенный; он успешно применяется даже в тех случаях, когда все остальные не достигают цели. left0 Рис. Как происходит флотация. Сущность флотации( т. е. всплывания) состоит в следующем. Тонко измельченная руда загружается в чан с водой и с маслянистыми веществами, которые способны обволакивать частицы полезного минерала тончайшими пленками, не смачиваемыми водой. Смесь энергично перемешивается с воздухом, образуя множество мельчайших пузырьков – пену. При этом частицы полезного минерала, облеченные тонкой маслянистой пленкой, приходя в соприкосновение с оболочкой воздушного пузырьки, пристают к ней и повисают на пузырьке, который и выносит их вверх, как воздушный шар в атмосфере поднимает гондолу( рис. ) . Частицы же пустой породы, не облеченные маслянистым веществом, не пристают к оболочке и остаются в жидкости. Надо заметить, что воздушный пузырек пены гораздо больше по объему, нежели минеральная частица, и плавучесть его достаточна для увлечения твердой крупинки вверх. В итоге частицы полезного минерала почти все оказываются в пене, покрывающей жидкость. Пену снимают и направляют в дальнейшую обработку – для получения так называемого" концентрата”, который в десятки раз богаче полезным минералом, нежели первоначальная руда. Техника флотации разработана так тщательно, что надлежащим подбором примешиваемых жидкостей можно отделить каждый полезный минерал от пустой породы любого состава. К самой идее флотации привела не теория, а внимательное наблюдение случайного факта. В конце прошлого века американская учительница( Карри Эверсон) , стирая загрязненные маслом мешки, в которых хранился раньше медный колчедан, обратила внимание на то, что крупинки колчедана всплывают с мыльной пеной. Это и послужило толчком к развитию способа флотации. Вода в решете Оказывается, что и носить воду в решете возможно не только в сказке. Знание физики поможет исполнить такое классически невозможное дело. Для этого надо взять проволочное решето сантиметров 15 в поперечнике и с не слишком мелкими ячейками( около 1 мм) и окунуть его сетку в растопленный парафин. Затем вынуть решето из парафина: проволока окажется покрытой тонким слоем парафина, едва заметным для глаз. Решето осталось решетом – в нем есть сквозные отверстия, через которые свободно проходит булавка, – но теперь вы можете, в буквальном смысле слова, носить в нем воду. В таком решете удерживается довольно высокий слой воды, не проливаясь сквозь ячейки; надо только осторожно налить воду и оберегать решето от толчков. Почему же вода не проливается? Потому что, не смачивая парафин, она образует в ячейках решета тонкие пленки, обращенные выпуклостью вниз, которые и удерживают воду( рис) . left0 Рис. Почему вода не выливается из парафинированного решета. Такое парафинированное решето можно положить на воду, и оно будет держаться на ней. Значит, возможно не только носить воду в решете, но и плавать на нем. Этот парадоксальный опыт объясняет ряд обыкновенных явлений, к которым мы чересчур привыкли, чтобы задумываться об их причине. Смоление бочек и лодок, смазывание салом пробок и втулок, окрашивание масляной краской и вообще покрытие маслянистыми веществами всех тех предметов, которые мы хотим сделать непроницаемыми для воды, а также и прорезинивание тканей – все это не что иное, как изготовление решета вроде сейчас описанного. Суть дела и там и тут одна и та же, только в случае с решетом она выступает в необычном виде.     Копейка, которая не тонет Копейка, которая в воде не тонет, существует не только в сказке, но и в действительности. Вы убедитесь в этом, если проделаете несколько легко выполнимых опытов. Начнем с более мелких предметов – с иголок. Кажется невозможным заставить стальную иглу плавать на поверхности воды, а между тем это не так трудно сделать. Положите на поверхность воды лоскуток папиросной бумаги, а на него – совершенно сухую иголку. Теперь остается только осторожно удалить папиросную бумагу из- под иглы. Делается это так: вооружившись другой иглой или булавкой, слегка погружают края лоскутка в воду, постепенно подходя к середине; когда лоскуток весь намокнет, он упадет на дно, игла же будет продолжать плавать( рис. 61) . При помощи магнита, подносимого к стенкам стакана на уровне воды, вы можете даже управлять движением этой плавающей на воде иглы. При известной сноровке можно обойтись и без папиросной бумаги: захватив иглу пальцами посредине, уроните ее в горизонтальном положении с небольшой высоты на поверхность воды. left0 Бездонный бакал Вы налили воды в бокал до краев. Он полон. Возле бокала лежат булавки. Может быть, для одной- двух булавок еще найдется место в бокале? Попробуйте. left0 Рис. Поразительный опыт с булавками в бокале воды. Начните бросать булавки и считайте их. Бросать надо осмотрительно: бережно погружайте острие в воду и затем осторожно выпускайте булавку из руки, без толчка или давления, чтобы сотрясением не расплескать воды. Одна, две, три булавки упали на дно – уровень воды остался неизменным. Десять, двадцать, тридцать булавок… Жидкость не выливается. Пятьдесят, шестьдесят, семьдесят… Целая сотня булавок лежит на дне, а вода из бокала все еще не выливается( рис. ) . Не только не выливается, но даже и не поднялась сколько- нибудь заметным образом над краями. Продолжайте добавлять булавки. Вторая, третья, четвертая сотня булавок очутилась в сосуде – и ни одна капля не перелилась через край; но теперь уже видно, как поверхность воды вздулась, возвышаясь немного над краями бокала. В этом вздутии вся разгадка непонятного явления. Вода мало смачивает стекло, если оно хотя немного загрязнено жиром; края же бокала – как и вся употребляемая нами посуда – неизбежно покрывается следами жира от прикосновения пальцев. Не смачивая краев, вода, вытесняемая булавками из бокала, образует выпуклость. Вздутие незначительно на глаз, но если дадите себе труд вычислить объем одной булавки и сравните его с объемом той выпуклости, которая слегка вздулась над краями бокала, вы убедитесь, что первый объем в сотни раз меньше второго, и оттого в" полном” бокале может найтись место еще для нескольких сотен булавок. Чем шире посуда, тем больше булавок она способна вместить, потому что тем больше объем вздутия. Сделаем для ясности примерный подсчет. Длина булавки – около 25 мм, толщина ее – полмиллиметра. Объем такого цилиндра нетрудно вычислить по известной формуле геометрии( p* d2* h/ 4) , он равен 5 куб. мм. Вместе с головкой объем булавки не превышает 5, 5 куб. мм. Теперь подсчитаем объем водяного слоя, возвышающегося над краями бокала. Диаметр бокала 9 см= 90 мм. Площадь такого круга равна около 6400 кв. мм. Считая, что толщина поднявшегося слоя только 1 мм, имеем для его объема 6400 куб. мм; это больше объема булавки в 1200 раз. Другими словами, " полный” бокал воды может принять еще свыше тысячи булавок! И действительно, осторожно опуская булавки, можно погрузить их целую тысячу, так что для глаз они словно займут весь сосуд и будут даже выступать над его краями, а вода все- таки еще не будет выливаться. Почему дробь круглая? left0 Рис. Башня дроболитейного завода. Сейчас мы говорили о том, что всякая жидкость, освобожденная от действия тяжести, принимает свою естественную форму – шарообразную. Если вспомните сказанное раньше о невесомости падающего тела и примете в расчет, что в самом начале падения можно пренебречь ничтожным сопротивлением воздуха[ Дождевые капли опускаются ускоренно только в самом начале падения; уже примерно ко второй половине первой секунды падения устанавливается равномерное движение: все капли, уравновешивается силой сопротивления воздуха, которая возрастает с ростом скорости капли. ] , то сообразите, что падающие порции жидкости также должны принимать форму шаров. И действительно, падающие капли дождя имеют форму шариков. Дробинки – не что иное, как застывшие капли расплавленного свинца, который при заводском способе изготовления заставляют падать каплями с большой высоты в холодную воду: там они затвердевают в форме совершенно правильных шариков. Так отлитая дробь называется" башенной”, потому что при отливке ее заставляют падать с верхушки высокой" дроболитейной” башни( рис) . Башни дроболитейного завода – металлической конструкции и достигают в высоту 45 м; в самой верхней части располагается литейное помещение с плавильными котлами, внизу – бак с водой. Отлитая дробь подлежит еще сортировке и отделке. Капля расплавленного свинца застывает в дробинку еще во время падения; бак с водой нужен лишь для того, чтобы смягчить удар дробинки при падении и предотвратить искажение ее шарообразной формы. ( Дробь диаметром больше 6 мм, так называемая картечь, изготовляется иначе: вырубкой из проволоки кусочков, потом обкатываемых. )   Естественная форма жидкости Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости – шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда" теряет” свой вес: она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует – и тогда жидкость принимает свою естественную, шарообразную форму. Прованское масло плавает в воде, но тонет в спирте. Можно поэтому приготовить такую смесь из воды и спирта, в которой масло не тонет и не всплывает. Введя в эту смесь немного масла посредством шприца, мы увидим странную вещь: масло собирается в большую круглую каплю, которая не вплывает и не тонет, а висит неподвижно[ Чтобы форма шара не казалась искаженной, нужно производить опыт в сосуде с плоскими стенками( или в сосуде любой формы, но поставленном внутри наполненного водой сосуда с плоскими стенками) ] .   Рис. Масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает( опыт Плато) .   Рис. Если масляный шар в спирте быстро вращать при помощи воткнутого в него стерженька, от шара отделяется кольцо. Опыт надо проделывать терпеливо и осторожно, иначе получится не одна большая капля, а несколько шариков поменьше. Но и в таком виде опыт достаточно интересен. Это, однако, еще не все. Пропустив через центр жидкого масляного шара длинный деревянный стерженек или проволоку, вращают их. Масляный шар принимает участие в этом вращении. ( Опыт удается лучше, если насадить на ось небольшой смоченный маслом картонный кружочек, который весь оставался бы внутри шара. ) Под влиянием вращения шар начинает сначала сплющиваться, а затем через несколько секунд отделяет от себя кольцо. Разрываясь на части, кольцо это образует не бесформенные куски, а новые шарообразные капли, которые продолжают кружиться около центрального шара. left0 Рис. Упрощение опыта Плато. Впервые этот поучительный опыт произвел бельгийский физик Плато. Здесь описан опыт Плато в его классическом виде. Гораздо легче и не менее поучительно произвести его в ином виде. Маленький стакан споласкивают водой, наполняют прованским маслом и ставят на дно большого стакана; в последний наливают осторожно столько спирта, чтобы маленький стакан был весь в него погружен. Затем по стенке большого стакана из ложечки осторожно доливают понемногу воду. Поверхность масла в маленьком стакане становится выпуклой; выпуклость постепенно возрастает и при достаточном количестве подлитой воды поднимается из стакана, образуя шар довольно значительных размеров, висящий внутри смеси спирта и воды. За неимением спирта можно проделать этот опыт с анилином – жидкостью, которая при обыкновенной температуре тяжелее воды, а при 75 – 85 °С легче ее. Нагревая воду, мы можем, следовательно, заставить анилин плавать внутри нее, причем он принимает форму большой шарообразной капли. При комнатной температуре капля анилина уравновешивается в растворе соли[ Из других жидкостей удобен ортотолуидин – темно- красная жидкость; при 24° она имеет такую же плотность, как и соленая вода, в которую и погружают ортотолуидин] . Задача о двух кофейниках Перед вами( рис) два кофейника одинаковой ширины: один высокий, другой – низкий. Какой из них вместительнее? left0 Рис. В какой из этих кофейников можно налить больше жидкости? Многие, вероятно, не подумав, скажут, что высокий кофейник вместительнее низкого. Если бы вы, однако, стали лить жидкость в высокий кофейник, вы смогли бы налить его только до уровня отверстия его носика – дальше вода начнет выливаться. А так как отверстия носика у обоих кофейников на одной высоте, то низкий кофейник оказывается столь же вместительным, как и высокий с коротким носиком. Это и понятно: в кофейнике и в трубке носика, как во всяких сообщающихся сосудах, жидкость должна стоять на одинаковом уровне, несмотря на то, что жидкость в носике весит гораздо меньше, чем в остальной части кофейника. Если же носик недостаточно высок, вы никак не нальете кофейник доверху: вода будет выливаться, Обычно носик устраивается даже выше краев кофейника, чтобы сосуд можно было немного наклонять, не выливая содержимого.     Тепловые явления Задача о ледяных сосульках Случалось ли вам задумываться над тем, как образуются ледяные сосульки, которые мы часто видим свешивающимися с крыш? В какую погоду образовались сосульки: в оттепель или в мороз? Бели в оттепель, то как могла замерзнуть вода при температуре выше нуля? Если в мороз, то откуда могла взяться вода на крыше? Вы видите, что задача не так проста, как кажется сначала. Чтобы могли образоваться ледяные сосульки, нужно в одно и то же время иметь две температуры: для таяния – выше нуля и для замерзания – ниже нуля. На самом деле так и есть: снег на склоне крыши тает, потому что солнечные лучи нагревают его до температуры выше нуля, а стекающие капли воды у края крыши замерзают, потому что здесь температура ниже нуля. ( Конечно, мы говорим не о том случае образования сосулек, который обусловлен теплотой отапливаемого под крышей помещения. ) left0 Рис. Лучи Солнца греют наклонную крышу сильнее, чем горизонтальную земную поверхность( числа указывают величину углов) . Представьте такую картину. Ясный день; мороз всего в 1 – 2 градуса. Солнце заливает все своими лучами; однако же эти косые лучи не нагревают землю настолько, чтобы снег мог таять. Но на склон крыши, обращенный к Солнцу, лучи падают не полого, как на землю, а круче, под углом, более близким к прямому. Известно, что освещение и нагревание лучами тем больше, чем больший угол составляют лучи с плоскостью, на которую они падают. ( Действие лучей пропорционально синусу этого угла; для случая, изображенного на рис. , снег на крыше получает тепла в 2, 5 раза больше, нежели равная площадь снега на горизонтальной поверхности, потому что синус 60° больше синуса 20° в 2, 5 раза. ) Вот почему скат крыши нагревается сильнее и снег на нем может таять. Оттаявшая вода стекает и каплями свисает с края крыши. Но под крышей температура ниже нуля, и капля, охлаждаемая к тому же испарением, замерзает. На замерзшую каплю натекает следующая, также замерзающая; затем третья капля, и т. д. ; постепенно образуется маленький ледяной бугорок. В другой раз при такой же погоде эти ледяные наплывы еще удлиняются, и в результате образуются сосульки, вырастающие наподобие известковых сталактитов в подземных пещерах. Так возникают сосульки на крышах сараев и вообще неотапливаемых помещений. Та же причина вызывает на наших глазах и более грандиозные явления: ведь различие в климатических поясах и временах года обусловлено в значительной степени[ Но не всецело: другая важная причина заключается в неодинаковой продолжительности дня, т. е. того промежутка времени, в течение которого Солнце согревает Землю. Обе причины, впрочем, обусловлены одним астрономическим фактом: наклоном земной оси к плоскости обращения Земли вокруг Солнца] изменением угла падения солнечных лучей. Солнце от нас зимой почти на таком же расстоянии, как и летом; оно одинаково удалено от полюсов и экватора( различия в расстоянии настолько ничтожны, что не имеют значения) . Но наклон солнечных лучей к поверхности Земли близ экватора больше, чем у полюсов; летом этот угол больше, чем зимой. Это вызывает заметные различия в температуре дня и, следовательно, в жизни всей природы.   Почему лед скользкий? На гладко натертом полу легче поскользнуться, нежели на обыкновенном. Казалось бы, то же самое должно происходить на льду, т. е. гладкий лед должен быть более скользок, нежели лед бугорчатый, шероховатый. Но если вам случалось везти нагруженные ручные санки через неровную, бугристую ледяную поверхность, вы могли убедиться, что, вопреки ожиданиям, сани проскальзывали по такой поверхности заметно легче, чем по гладкой. Шероховатый лед более скользок, чем зеркально гладкий! Это объясняется тем, что скользкость льда зависит главным образом не от гладкости, а от совершенно особой причины: от того, что температура плавления льда понижается при увеличении давления. Разберем, что происходит, когда мы катаемся в санях или на коньках. Стоя на коньках, мы опираемся на очень маленькую площадь, всего в несколько квадратных миллиметров. И на эту небольшую площадь целиком давит вес нашего тела. Если вы вспомните сказанное в главе второй о давлении, то поймете, что конькобежец давит на лед со значительной силой. Под большим давлением лед тает при пониженной температуре; если, например, лед имеет температуру – 5°, а давление коньков понизило точку плавления льда, попираемого коньками, более чем на 5°, то эти части льда будут таять[ Теоретически можно вычислить, что для понижения точки таяния льда на 1° требуется весьма значительное давление в 130 кг на квадратный сантиметр. Производят ли сани или конькобежец такое огромное давление на лед? Если распределить вес саней( или конькобежца) на поверхность полозьев( или коньков) , то получатся числа гораздо меньшие. Это доказывает, что ко льду прилегает вплотную далеко не вся поверхность полоза, а лишь незначительная часть ее] . Что же получается? Теперь между полозьями коньков и льдом находится тонкий слой воды, – неудивительно, что конькобежец скользит. И как только он переместит ноги в другое место, там произойдет то же самое. Всюду под ногами конькобежца лед превращается в тонкий слой воды. Такими свойствами из всех существующих тел обладает только лед; один советский физик назвал его" единственным скользким телом в природе”. Прочие тела гладки, но не скользки. [ При теоретическом расчете предполагается, что при плавлении и лед, и вода находятся под одинаковым давлением. Автор же описывает примеры, когда вода, образующаяся при плавлении, находится при атмосферном давлении. В этом случае требуется меньшее давление для понижения точки таяния льда. – Прим. ред. ] Теперь мы можем вернуться к вопросу о том, гладкий или шероховатый лед более скользок. Мы знаем, что один и тот же груз давит тем сильнее, чем на меньшую площадь он опирается. В каком же случае человек оказывает на опору большее давление: когда он стоит на зеркально гладком или на шероховатом льду? Ясно, что во втором случае: ведь здесь он опирается лишь на немногие выступы и бугорки шероховатой поверхности. А чем больше давление на лед, тем обильнее плавление и, следовательно, лед тем более скользок( если только полоз достаточно широк; для узкого полоза коньков, врезающегося в бугорки, это неприложимо – энергия движения расходуется здесь на срезывание бугорков) . Понижением точки таяния льда под значительным давлением объясняется и множество других явлений обыденной жизни. Благодаря этой особенности льда отдельные куски его смерзаются вместе, если их сильно сдавливать. Мальчик, сжимая в руках комья снега при игре в снежки, бессознательно пользуется именно этим свойством ледяных крупинок( снежинок) смерзаться под усиленным давлением, понижающим температуру их таяния. Катая снежный ком для" снежной бабы”, мы опять- таки пользуемся указанной особенностью льда: снежинки в местах соприкосновения, в нижней части кома, смерзаются под тяжестью надавливающей на них массы. Вы понимаете теперь, конечно, почему в сильные морозы снег образует рассыпающиеся снежки, а" баба” плохо лепится. Под давлением ног прохожих снег на тротуарах постепенно уплотняется в лед: снежинки смерзаются в   Какое время года у нас под ногами? Когда на поверхности земли лето, какое время года на глубине, например, трех метров под ее поверхностью? Вы думаете, что и там лето? Ошибаетесь! Времена года на поверхности земли и в почве вовсе не одни и те же, как можно подумать. Почва чрезвычайно плохо проводит теплоту. В Ленинграде водопроводные трубы на глубине 2 м не замерзают в самые суровые морозы. Колебания температуры, происходящие на поверхности земли, распространяются в глубь почвы очень медленно и достигают разных слоев ее с большим опозданием. Непосредственные измерения, например, в Слуцке( Ленинградской области) показали, что на глубину трех метров самый теплый момент года приходит с опозданием в 76 дней, а самый холодный – с опозданием в 108 дней. Это значит, что если самый жаркий день над землей был, скажем 25 июля, то на глубине трех метров он наступит лишь 9 октября! Если самый холодный день был 15 января, то на указанной глубине он наступит в мае! Для более глубоких слоев почвы опоздания будут еще значительнее. С углублением в почву температурные колебания не только опаздывают, но и ослабевают, а на некоторой глубине затухают совершенно: круглый год, в течение целых столетий, неизменно стоит там одна и та же постоянная температура, именно – средняя годовая температура данного места. В погребах Парижской обсерватории, на глубине 28 м, полтора столетия хранится термометр, помещенный сюда еще Лавуазье, и за полтораста лет он даже не дрогнул, неизменно показывая одну и ту же температуру( + 11, 7° по Цельсию) . Итак, в почве, которую мы попираем ногами, никогда не бывает того же времени года, какое стоит на ее поверхности. Когда над почвой зима, на глубине трех метров еще осень – правда, не та осень, которая была раньше, на поверхности земли, а с более умеренным понижением температуры; когда же над землей лето, в глубину доходят слабые отголоски зимних морозов. Это важно иметь в виду всякий раз, когда заходит речь об условиях жизни подземных животных( например, личинок майского жука) и подземных частей растений. Мы не должны удивляться, например, тому, что в корнях наших деревьев размножение клеточек совершается именно в холодную половину года и что деятельность так называемой камбиальной ткани замирает почти на весь теплый сезон, – как раз обратно, чем в стволе, над землей.   Бумажная кастрюля left0 Рис. Яйцо варится в бумажной кастрюле. Взгляните на рис. 83: яйцо варится в воде, налитой в бумажный колпак! " Но ведь бумага сейчас загорится и вода зальет лампу”, – скажете вы. Попробуйте же сделать опыт, взяв для него плотную пергаментную бумагу и надежно прикрепив ее к проволоке. Вы убедитесь, что бумага нисколько не пострадает от огня. Причина в том, что вода может быть нагрета в открытом сосуде только до температуры кипения, т. е. до 100°; поэтому нагреваемая вода, обладающая к тому же большой теплоемкостью, поглощая избыток теплоты бумаги, не дает ей нагреться заметно выше 100°, т. е. настолько, чтобы она могла воспламениться. ( Практичнее будет пользоваться небольшой бумажной коробкой в форме, изображенной на рис. 84. ) Бумага не загорается, если даже пламя лижет ее. К тому же роду явлений относится и печальный опыт, который невольно проделывают рассеянные люди, ставящие самовар без воды: самовар распаивается. Причина понятна: припой сравнительно легкоплавок, и только тесное соседство воды спасает его от опасного повышения температуры. Нельзя также нагревать запаянные кастрюли без воды. В старых пулеметах Максима нагревание воды предохраняло оружие от расплавления. Вы можете, далее, расплавить, например, свинцовую пломбу в коробочке, сделанной из игральной карты. Надо только подвергать действию пламени именно то место бумаги, которое непосредственно соприкасается со свинцом: металл, как сравнительно хороший проводник тепла, быстро отнимает от бумаги тепло, не давая ей нагреться заметно выше температуры плавления, т. е. 335°( для свинца) ; такая температура недостаточна для воспламенения бумаги. left0 Рис. Бумажная коробка для кипячения воды. Хорошо удается также следующий опыт( рис. 85) : толстый гвоздь или железный( еще лучше медный) прут обмотайте плотно узкой бумажной полоской, наподобие винта. Затем внесите прут с бумажной полоской в пламя. Огонь будет лизать бумагу, закоптит ее, но не сожжет, пока прут не раскалится. Разгадка опыта – в хорошей теплопроводности металла; со стеклянной палочкой подобный опыт не удался бы. Рис. 86 изображает сходный опыт с" несгораемой” ниткой, туго намотанной на ключ.   Рис. Несгораемая бумажка.   Рис. Несгораемая нитка. Греет ли шуба? Что сказали бы вы, если бы вас стали уверять, будто шуба нисколько не греет? Вы подумали бы, конечно, что с вами шутят. А если бы вам стали доказывать это утверждение на ряде опытов? Проделайте, например, такой опыт. Заметьте, сколько показывает термометр, и закутайте его в шубу. Через несколько часов выньте. Вы убедитесь, что он не нагрелся даже и на четверть градуса: сколько показывал раньше, столько показывает и теперь. Вот и доказательство, что шуба не греет. Вы могли бы заподозрить, что шубы даже холодят. Возьмите два пузыря со льдом; один закутайте в шубу, другой оставьте в комнате незакрытым. Когда лед во втором пузыре растает, разверните шубу: вы увидите, что здесь он почти и не начинал таять. Значит, шуба не только не согрела льда, но как будто даже холодила его, замедляя таяние! Что можно возразить? Как опровергнуть эти доводы? Никак. Шубы действительно не греют, если под словом" греть” разуметь сообщение теплоты. Лампа греет, печка греет, человеческое тело греет, потому что все эти предметы являются источниками теплоты. Но шуба в этом смысле слова нисколько не греет. Она своего тепла не дает, а только мешает теплоте нашего тела уходить от него. Вот почему теплокровное животное, тело которого само является источником тепла, будет чувствовать себя в шубе теплее, чем без нее. Но термометр не порождает собственного тепла, и его температура не изменится от того, что мы закутаем его в шубу. Лед, обернутый в шубу, дольше сохраняет свою низкую температуру, потому что шуба – весьма плохой проводник теплоты – замедляет доступ к нему тепла извне, от комнатного воздуха. В таком же смысле, как шуба, снег греет землю; будучи, подобно всем порошкообразным телам, плохим проводником тепла, он мешает теплу уходить из покрытой им почвы. В почве, защищенной слоем снега, термометр показывает нередко градусов на десять больше, чем в почве, не покрытой снегом. Итак, на вопрос, греет ли нас шуба, надо ответить, что шуба только помогает нам греть самих себя. Вернее было бы говорить, что мы греем шубу, а не она нас.   Почему дует от закрытого окна? Часто дует от окна, которое закрыто совершенно плотно и не имеет ни малейшей щели. Это кажется странным. Между тем здесь нет ничего удивительного. Воздух комнаты почти никогда не находится в покое; в нем существуют невидимые для глаза течения, порождаемые нагреванием и охлаждением воздуха. От нагревания воздух разрежается и, следовательно, становится легче; от охлаждения, напротив, уплотняется, становится тяжелее. Легкий нагретый воздух от батареи центрального отопления или теплой печи вытесняется холодным воздухом вверх, к потолку, а воздух охлажденный, тяжелый, возле окон или холодных стен, стекает вниз, к полу. Эти течения в комнате легко обнаружить с помощью детского воздушного шара, если подвязать к нему небольшой груз, чтобы шар не упирался в потолок, а свободно парил в воздухе. Выпущенный близ натопленной печки, такой шар путешествует по комнате, увлекаемый невидимыми воздушными течениями: от печки под потолком к окну, там опускается к полу и возвращается к печке, чтобы вновь путешествовать по комнате. Вот почему зимой мы чувствуем, как дует от окна, особенно у ног, хотя рама так плотно закрыта, что наружный воздух не может проходить сквозь щели.   Лед, не тающий в кипятке Возьмите пробирку, наполните водой, погрузите в нее кусочек льда, а чтобы он не всплыл вверх( лед легче воды) , придавите его свинцовой пулей, медным грузиком и т. п. ; при этом, однако, вода должна иметь свободный доступ ко льду. Теперь приблизьте пробирку к спиртовой лампочке так, чтобы пламя лизало лишь верхнюю часть пробирки( рис) . Вскоре вода начинает кипеть, выделяя клубы пара. Но странная вещь: лед на дне пробирки не тает! Мы имеем перед собой словно маленькое чудо: лед, не тающий в кипящей воде… left0 Рис. Вода в верхней части кипит, между тем лед внизу не тает. Разгадка кроется в том, что на дне пробирки вода вовсе не кипит, а остается холодной; она кипит только вверху. У нас не" лед в кипятке”, а" лед под кипятком”. Расширяясь от тепла, вода становится легче и не опускается на дно, а остается в верхней части пробирки. Течения теплой воды и перемешивание слоев будут происходить лишь в верхней части пробирки и не захватят нижних более плотных слоев. Нагревание может передаваться вниз лишь путем теплопроводности, но теплопроводность воды чрезвычайно мала. От чайного стакана к водомерной трубке Раньше чем разлить чай по стаканам, опытная хозяйка, заботясь об их целости, не забывает положить в них ложки, особенно если они серебряные. Житейский опыт выработал вполне правильный прием. На чем он основан? Уясним себе прежде, почему вообще стаканы трескаются от горячей воды. Причина – неравномерное расширение стекла. Горячая вода, налитая в стакан, прогревает его стенки не сразу: сначала нагревается внутренний слой стенок, в то время как наружный не успевает еще нагреться. Нагретый внутренний слой тотчас же расширяется, наружный же остается пока неизменным и испытывает, следовательно, сильный напор изнутри. Происходит разрыв – стекло лопается. Не думайте, что вы обеспечите себя от таких" сюрпризов”, если обзаведетесь толстыми стаканами. Толстые стаканы – как раз самые непрочные в этом отношении: они лопаются чаще, нежели тонкие. Это и понятно: тонкая стенка прогревается быстрее, в ней быстрее устанавливаются равномерная температура и одинаковое расширение, – не так, как в толстом, медленно прогревающемся слое стекла. Об одном только не надо забывать, выбирая тонкую стеклянную посуду: тонкими должны быть не только боковые стенки, но и дно стакана. При наливании горячей воды нагревается главным образом дно; если оно толсто, стакан растрескается, как бы тонки ни были его стенки. Легко лопаются также стаканы и фарфоровые чашки с толстым кольцеобразным выступом внизу. Чем стеклянный сосуд тоньше, тем увереннее можно подвергать его нагреванию. Химики пользуются очень тонкими сосудами и кипятят в них воду прямо на горелке, не тревожась за целость сосуда. Конечно, идеальной посудой была бы такая, которая вовсе не расширялась бы при нагревании. Чрезвычайно мало расширяется кварц: в 15 – 20 раз меньше, чем стекло. Толстый сосуд из прозрачного кварца может быть как угодно нагрет – он не лопнет. Можно смело бросить кварцевый сосуд, нагретый до красного каления, в ледяную воду, не опасаясь за его целость[ Кварцевая посуда удобна для лабораторного употребления еще тем, что она очень тугоплавка: кварц размягчается только при 1700°] . Это связано отчасти и с тем, что теплопроводность у кварца значительно больше, чем у стекла. Стаканы лопаются не только при быстром нагревании, но и при резком охлаждении. Причина – неравномерное сжатие: наружный слой, охлаждаясь, стягивается и сильно сдавливает внутренний слой, еще не успевший охладиться и сжаться. Поэтому не следует, например, банку с горячим вареньем выставлять на резкий холод, погружать в холодную воду и т. п. Вернемся, однако, к чайной ложечке в стакане. На чем основано ее предохраняющее действие? Резкое различие в нагревании внутреннего и наружного слоя стенок бывает лишь тогда, когда в стакан сразу наливается очень горячая вода; вода теплая не вызывает резкой разницы в нагревании, следовательно, и в натяжении различных частей стекла. От теплой воды посуда не лопается. Что же происходит, если в стакан положена ложечка? Попав на дно, горячая жидкость, прежде чем нагреть стекло( которое плохо проводит тепло) , успевает отдать часть своей теплоты хорошему проводнику – металлу; температура жидкости понижается; из горячей она делается теплой и потону почти безвредной. Дальнейшее же приливание горячего чая не столь уже опасно для стакана, так как он успел немного прогреться. Словом, металлическая ложка в стакане( особенно если она массивна) сглаживает неравномерность нагревания стакана и тем предотвращает растрескивание стекла. Но почему лучше, если ложка серебряная? Потому что серебро – хороший проводник тепла; серебряная ложка быстрее отнимает теплоту от воды, нежели медная. Вспомните, как серебряная ложка в стакане с горячим чаем обжигает руку! По этому признаку вы даже можете безошибочно определять материал ложки: медная ложка пальцев не обжигает. Неравномерное расширение стеклянных стенок ставит под угрозу целость не только чайных стаканов, но и ответственных частей парового котла – его водомерных трубок, по которым определяется высота воды в котле. Внутренние слои этих стеклянных трубок, нагреваемые горячим паром и водой, расширяются больше наружных. К натяжению, порождаемому этой причиной, прибавляется еще сильное давление пара и воды в трубке, отчего она легко может лопнуть. Чтобы предотвратить это, изготовляют иногда водомерные трубки из двух слоев стекла разных сортов: внутренний слой имеет меньший коэффициент расширения, нежели наружный.   Это интересно Почему от соли на дороге тает снег? left0 Соль, химическое соединение натрия( Na) и хлора( Cl) , снижает температуру замерзания воды( H2O) , мешая её молекулам соединяться и образовывать кристаллы льда. При контакте с водой или льдом кристаллы соли растворяются и образуют положительные ионы Na и отрицательные ионы С l. Эти ионы смешиваются с молекулами воды, затрудняя их сближение и образование кристаллов льда, хотя температура при этом соответствует температуре замерзания воды. В смеси льда и воды при температуре замерзания одна часть молекул воды постоянно «прилипает» ко льду, образуя ледяные кристаллы, а другая часть с тем же постоянством отрывается от них, создавая своеобразное равновесие. Ионам натрия и хлора трудно проникнуть в кристаллы льда, и они равномерно распределяются в жидкости, вытесняя молекулы H2O. Это приводит к сокращению количества «прилипал», при этом число молекул, уходящих «в отрыв», остаётся неизменным. В результате лёд теряет больше воды, чем получает, и тает. Почему для обозначения скорости принята латинская буква v?   left0     Знаете ли вы, почему для обозначения скорости принята латинская буква v( вэ) , ускорения- а( а) , пути- s( эс) , времени- t( тэ) ?      Хотя для обозначения физических величин можно было бы выбрать любые буквы любого алфавита, однако во многих случаях применение латинских букв для этой цели оказалось весьма удачным.      В самом деле, латинский алфавит принят в большинстве стран мира, корни латинских слов перешли в такие распространенные языки, как французский, английский, испанский. Наконец, и для тех, кто не владеет иностранными языками, обозначение некоторых физических величин начальными буквами их латинских названий: v- velocitas- скорость, а- acceleratio- ускорение, t- tetpus- время- тоже удобно, так как и в русском языке много технических терминов и слов с такими же корнями. Например, «акселератор»- педаль( чаще- ножной рычаг) , нажимом на которую регулируется поступление горючей смеси в цилиндр двигателя внутреннего сгорания и тем самым изменяется скорость движения автомобиля; «велосипед»- сложное слово: velorc – скорый и pedes – ноги. Таким образом, латинская буква напоминает о физическом смысле обозначаемой ею величины. Поэтому и произносить ее надо правильно: « вэ », а не «эф» или « фау ».      Чтобы родство условного обозначения скорости со знакомым словом «велосипед», а значит, и правильное произношение символа запомнилось лучше, приведем выдержку из интересной книги Л. Успенского «Слово о словах»( рассказ «Велосипед в XVI веке») :   «… В одной из грамот конца XVI века мне встретилась такая примерно удостоверительная помета: «А к сей рукописи руку приложили Ивашко Кузнецов, да Ивашко Зыбин, да Глупой, Борисов сын Перепел, да погоста Микифорова дьячок Игнатий Велосипедов». . .      Как? В XVI столетии, за четыре века до нашего времени, во дни царя Бориса Годунова или еще раньше, жил на Руси в глухом погосте Микифоровке человек, носивший фамилию Велосипедов? ! Мы же знаем, что машина «велосипед» изобретена только в Х I Х веке и самое слово «велосипед» появилось вместе с нею». . .      Автор дает далее объяснение: в старину знание латинского языка считалось признаком учености, поэтому часто церковные грамотеи, стыдясь своих простонародных фамилий, заменяли таковые латинскими переводами их. Так появились Сперанские( вместо Надеждины) . Беневоленские( Доброхотовы) , Бенедиктовы( Краснобаевы) и т. д. Возможно, что какой- нибудь скромный попик или дьячок переделал свою простецкую фамилию Быстроногов в Велосипедов. Так запомните же, как надо читать букву v: « вэ » и никак иначе!   Кто изобрел термометр? На заре развития науки как таковой ученые судили о температуре тела по непосредственному ощущению. И деления тех шкал были весьма приблизительны: горячо, тепло, холодно. Точность таких шкал была весьма невелика. Для доказательства попробуйте провести один небольшой эксперимент, который настолько прост, что его можно провести в домашних условиях. Возьмите три тазика с водой: один с очень горячей, другой с умеренно теплой, а третий с очень холодной. Взяли? Прекрасно! Теперь ненадолго опустите левую руку в тазик с горячей водой, а правую – с холодной. Через пару минут извлеките руки из горячей и холодной воды и опустите их в тазик с теплой водой. Теперь спросите каждую руку, что она" скажет" вам о температуре воды? Интересный ответ, да? Вот именно так раньше ученые и определяли температуру тел: на ощупь! И длилось это довольно продолжительное время – до тех самых пор, пока однажды Галилео Галилей в 1597 году взял стеклянную трубку с припаянным к ней небольшим стеклянным шариком, немного подогрел шарик и открытый конец трубки поместил в сосуд с водой. Спросите, зачем? Оказывается, все очень просто! Мы подогреваем шарик 1, воздух в нем расширяется от нагрева и через трубку 2 выходит в атмосферу( не весь, конечно) . В результате помещения трубки с подогретым шариком в сосуд с водой получается конструкция, которую мы видим на рисунке. Что происходит потом? Воздух в шарике остывает до температуры окружающего воздуха и при этом сжимается. А вода что делает? Правильно! Под действием атмосферного давления вода из сосуда 3 поднимается по трубке 2 на некоторую высоту h. Эта конструкция позволяла Галилео судить о степени нагретости тела: горячее, теплое или холодное оно. Правда, с такой же точностью, что и измерения при помощи рук, хотя теперь можно было претендовать на некоторую объективность измерений. У этого прибора – термоскоп a – есть один существенный недостаток: его показания зависят от атмосферного давления. Таким образом, Галилей, сам того не зная, положил начало термометрии. В таком виде галилеевский термоскоп просуществовал до 1657 года. В этом самом году флорентийские ученые немного усовершенствовали термоскоп – они добавили к нему шкалу из бусин и откачали из шарика воздух. Какой прок, спросите? Да самый, что ни на есть насущный: в галилеевском термоскопе всего две температуры: высокая и низкая, а у флорентийцев их много: три с половиной бусины, пять бусин и т. п. Таким образом, термоскоп стал значительно точнее и просуществовал в таком виде почти полвека. Примерно в 1700 году флорентийский термоскоп взяли, да перевернули, налив в трубку с шариком подкрашенный спирт, а сосуд выкинули за ненадобностью. Это было новое слово в науке и технике – прибор перестал зависеть от атмосферного давления. Получившийся прибор и есть термометр – т. е. 1700 год мы можем считать годом рождения привычного нам термометра! Правда, тут же появилась проблема в согласовании шкал термометров. Каких только" постоянных" точек не брали для шкал и как только их не градуировали. В 1714 году голландский ученый Д. Фаренгейт  сделал себе термометр сам, и сам же придумал шкалу к нему. Он взял стеклянную трубку с шариком на одном конце, налил туда ртути, откачал из нее воздух и запаял. Далее он поместил свое детище в смесь льда и поваренной соли( самое холодное, но еще жидкое вещество того времени) и обозначил высоту столбика ртути за 0 градусов. Потом он поместил свой термометр в тающий лед( обычный, без соли) и надписал 32 градуса на шкале. Следующей точкой у Фаренгейта была температура человеческого тела – 96 градусов( это число, оказывается, прекрасно делится на 32) . Температура кипения воды получилась у него равной 212 градусам. В Англии и США до сих пор используют эту шкалу. В 1730 году французский физик Р. Реомюр предложил спиртовой термометр с постоянными точками таяния льда( 0 °R) и кипения воды( 80 °R) . По его шкале один градусбыл равен 1/ 80 разности температур кипения воды и таяния льда( то есть градус Реомюра равен 5/ 4 градуса Цельсия) . Примерно в это же время шведский астроном Андерс Цельсий использовал ртутный термометр Фаренгейта с собственной шкалой, где температура кипения воды была принята за 0 градусов, а таяния льда – за 100 градусов. Когда его спросили об этой странности его шкалы, Цельсий с улыбкой парировал: " У нас в Швеции довольно прохладно, и для избежания отрицательных температур я и изобрел данную шкалу" . Каково, а? А перевернули шкалу Цельсия его же соотечественники: ботаник К. Линней и астроном М. Штремер. Вот этот" перевернутый" термометр и получил широкое распространение! В 1848 году с произволом в выборе нуля отсчета температуры на шкалах термометров было покончено английским физиком Вильямом Томсоном( Лордом Кельвином) , доказавшим существование абсолютного нуля температур. Произведенные лордом расчеты дали цифру –273, 15 °С, а обозначил он эту температуру, как и положено, за 0   градусов. Примерно в это же время Ренкен привязал абсолютную шкалу к шкале Реомюра( специально для французов и русских) . Да, да! Именно французов и русских. Шкалой Реомюра пользовались в царской России до самой революции 1917 года. Приложил к делу изобретения шкал свою руку и великий Исаак Ньютон: точку таяния льда он обозначил за 0 градусов, а кипения воды – за 12. Вы спросите, как все эти температуры обозначаются? Пожалуйста: нуль градусов по шкале Реомюра обозначается как 0 R, по Цельсию – 0 С, по Ньютону – 0 N, по Кельвину – 0 К и, наконец, по Ренкену – 0 R. Если вам встречались в научных публикациях обозначение температуры как °L, то не пугайтесь – это Кельвин в масштабе десятичного логарифма. Вот так и появился на свет привычный нам термометр.   Кто изобрел радио? У нас в стране считают, что Александр Попов, на Западе – что Гульельмо Маркони. А что такое радио? А что такое изобретение? От этого зависит и ответ. Попробуем разобраться. Ещё в 1845 году Майкл Фарадей ввёл понятие электромагнитного поля. По мнению Альберта Эйнштейна, идея поля была самым важным научным открытием со времён Исаака Ньютона. До этого пространство считалось наполненным телами и зарядами, через которые передавалось воздействие. А поле – это пустота, через которое тоже может осуществляться взаимодействие. В 1865 году Джеймс Максвелл создал теорию электромагнитного поля, где выразил все основные закономерности этого явления. Главный вывод теории – свободное распространение электромагнитного излучения в пространстве со скоростью света. В 1887 году Генрих Герц создал реальную конструкцию генератора и резонатора электромагнитных колебаний. В 1888 году с помощью этих приборов экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве со скоростью света. Именно тех – предсказанных Фарадеем и описанных Максвеллом. Если радио – распространение электромагнитных волн, то эти трое его открыли. Если изобретение – конкретный прибор, то его создал Герц. Другое дело, что его приборы работали на расстоянии только нескольких метров друг от друга, и в приёмнике приходилось наблюдать только очень слабую искру в темноте. Но усовершенствование приборов – это дело техники. И новых изобретений, но уже конкретных технических устройств. Можно ли считать изобретение сотовой связи изобретением радио? Или это изобретение конкретного телефона, использующего уже известную радиосвязь? Ранняя смерть Герца в 1894 году( в возрасте 37 лет) не позволила этому гениальному учёному, экспериментатору, инженеру продолжить совершенствование созданных им приборов. А что же в это время сделали Попов и Маркони, между которыми разгорелся и до сих пор существует спор о приоритете на изобретение в 1895- 1896 годах радио? В техническом плане для увеличения расстояний и Попов, и Маркони добавили к приборам Герца антенну и заземление. Для более чёткой регистрации сигнала оба добавили в приёмник Герца когерер – стеклянную трубку, наполненную металлическим порошком. Когерер изобрёл в 1887 году французский физик Эдуард Бранли, а в 1893 году англичанин Оливер Лодж обнаружил, что порошок в трубке резко меняет сопротивление в присутствии волн Герца. Практические применения когерера Лоджа не интересовали, а Попов и Маркони использовали его для включения звонка, вместо малозаметной искры у Герца. Так что Попов и Маркони в техническом плане сделали примерно одно и то же. Кто раньше – запутано до сих пор. С одной стороны, у нас днём радио считается 7 мая 1895 года, когда Попов на заседании физического отделения Российского физико- химического общества продемонстрировал свой грозоотметчик – фактически приёмник Герца с антенной и когерером. Передачу радиосигнала от передатчика к приёмнику он продемонстрировал там же только 24 марта 1896 года, передав радиограмму из двух слов: «Генрих Герц». А Маркони к этому времени не только провёл аналогичные эксперименты с аналогичной аппаратурой, но и подал заявку на патент. Об их споре, продолжающемся уже 110 лет, написано много книг, есть много сайтов в Интернете. Каждый автор приводит множество аргументов в пользу своей версии. Не будем ввязываться в этот спор и портить своё здоровье. Давайте считать днём радио 24 декабря 1906 года, когда профессор Реджинальд Фессенден устроил первую в истории радиопередачу голоса и музыки из своего собственного дома в Брэнт Рок, штат Массачусетс. Всё- таки под словом «Радио» мы привыкли понимать именно передачу звуков, а не азбуки Морзе. Изобретение спичек История способов добывания огня уходит в древние времена. Пользование огнем позволило человеку снять с себя зависимость от климата и местности. Однако многие столетия способы получения огня были примитивными и очень трудными, только накопление знаний в области физики и химии помогло упростить их. Лишь в конце XVIII века начали появляться приспособления для получения огня, основанные не на первобытных способах( трение, удар) , а на химических реакциях. Спички есть в каждом доме. Но что мы знаем о них? Как следует из пародийного рассказа А. П. Чехова «Шведская спичка», российские крестьяне в начале 1880- х гг. имели только серные спички и лишь помещики, да и то не все, употребляли шведские. Из литературы XX в. можно почерпнуть, что некоторые барышни сводили счеты с жизнью, используя несколько головок фосфорных спичек. Герои немых фильмов Ч. Чаплина нередко зажигали спички о костюм. Чем же отличаются друг от друга серные, фосфорные и шведские спички? Каковы спички сегодня? В чем состоит химическая основа их действия? 175 лет назад, через год после получения патента на химические спички англичанином Самюэлем Джонсом, была выпущена первая промышленная партия спичек, что ознаменовало собой начало новой эры «вызывания огня». Впрочем, это была уже вершина айсберга. Начиналось все несколько раньше, с английского аптекаря Джона Уокера, который жил в небольшом городке Стоктон- он- Тис и в свободное от работы в аптеке время занимался различными химическими опытами. Причем, его желание изобрести нечто такое, что могло бы быстро воспламеняться, вызывало у его родных и близких состояние, близкое к панике. Еще бы, это небезопасное занятие того и гляди могло закончиться мини- взрывом. Но и без того домочадцам было нее до шуток – обычно смеси, которые готовил их экспериментатор, при горении издавали такой едкий дым, что глаза тех, кто заходил в лабораторию, сразу начинали слезиться… Но настойчивым, в конце концов, везет. Однажды Джон смешал порошки сульфида сурьмы, бертолетовой соли и гуммиарабика в качестве связующего, развел все это небольшим количеством воды, а затем подсушил полученную смесь на воздухе. После того он обмакнул в полученное «тесто» кончики деревянных палочек и положил их сушить. К вечеру изобретатель взял свои волшебные палочки и решил их потереть о наждачную бумагу. С первого раза ничего не получилось, но Уокер оказался весьма упорным. Когда ему уже казалось, что его спичке вообще не суждено загореться, что- то вдруг зашипело и во все стороны начали разлетаться искры. А еще через мгновение комнату наполнило такое амбре, что Джон хотел совсем уже забросить опыты. Но случилось чудо – искры разогрели деревянную палочку до такой температуры, что она вспыхнула! Это было поистине чудо! Но изобретатель не остановился на этом. Он настойчиво искал замену наждачке и, наконец, остановился на стекловидной бумаге. А сернистую сурьму он решил заменить обычной серой, полагая, что она будет более безопасной. Кстати, сурьму долгое время называли «антимоний». Существовала легенда о том, как один монах, обнаруживший сильное слабительное действие сернистой сурьмы на свинью, рекомендовал его своим собратьям. Результат этого медицинского совета оказался плачевным – после приема средства все монахи умерли. Поэтому, будто бы, сурьма получила название, произведенное от « анти- монахиум »( средство против монахов) . Но, скорее всего, это анекдот. Как и тот, будто бы первый порошок сурьмы был получен неким алхимиком после смешения праха сожженного еретика, его черного кота и горсти земли. Но вернемся к изобретателю. Получив смесь достаточно горючую и практически безопасную, Джон Уокер изготовил первую партию спичек и даже сумел их продать 7 апреля 1827 года одному знакомому адвокату, который много курил и постоянно страдал из- за того, что может закуривать только в трезвом виде, ибо тогдашние спички невозможно было зажечь без серной кислоты… Свои новые спички Уокер назвал « Friction Lights », что дословно переводится как «Огни трения». А вот купивший их адвокат старался никому не показывать свою покупку, боясь, что у него просто- напросто украдут эту ставшую незаменимой вещь… Но не все были такими счастливчиками. Ведь, по меньшей мере, еще пять лет люди продолжали пользоваться гораздо более опасными спичками, которые были тогда в ходу. Их головки были намазаны смесью серы, бертолетовой соли и сахара, и к ним прилагался маленький стеклянный шарик с концентрированной серной кислотой. Такие спички появились в Европе в 1805 году, через несколько лет после того, как французский химик Клод Бертолле опытным путем получил вещество, названное впоследствии бертолетовой солью. Эти спички назывались « маканками » и зажигались после обмакивания их в раствор концентрированной серной кислоты. Надо ли говорить, что тысячи людей после неудачного разбивания стеклянного шарика получали сильные ожоги рук… Но изобретения тем и хороши, что зарождаются порой в головах сразу нескольких людей. Так, спустя четыре года после изобретения Уокера 19- летний француз Шарль Сориа, проводя химические опыты, пропитал лучину серой и опудрил ее конец бертолетовой солью. Размазав по стене белый фосфор, чиркнул по нему. Лучина с треском вспыхнула. Тотчас Шарль сделал и попробовал зажигать целую кучу таких лучинок, изменяя состав смеси. В конце концов, он добился того, что лучинки стали загораться с первого раза. Однако для того, чтобы запатентовать свое изобретение, Шарль должен был выложить патентной палате порядка 1500 франков, а эта сумма была по тем временам неподъемная для студента. В том же 1833 году другой студент, немец И. Ф. Каммерер, попал за решетку из- за участия в студенческих волнениях, а чтобы не терять времени даром, подкупил тюремщика, который начал передавать ему химические реактивы. С ними студент и экспериментировал. В отличие от француза, он добавил фосфор в серу и обмазал полученной смесью конец лучины. А потом чиркнул о стену своей камеры. По счастливому совпадению, это древнее сооружение( тюрьма) было построено из песчаника, в который случайно были вкраплены фрагменты фосфора. Так что спички вспыхнули практически сразу! По выходу из заключения Каммерер получил не только свободу, но и патент на изобретение спичек! А венгр Ирини, который независимо от немца спустя год придумал свои спички, остался без патента… Долгое время спички в Европе называли «шведскими». А все потому, что в 1855 году химик Йохан Лундстром из Швеции нанес красный фосфор на поверхность наждачной бумаги снаружи небольшой коробочки и добавил тот же самый фосфор в состав головки спички. Поскольку красный фосфор гораздо менее ядовит, чем белый, спички Лундстрома пошли на ура. Но прошло еще долгих 34 года, прежде чем человечество догадалось складывать спички в коробки, на бочок которых нанесена зажигательная смесь… Кстати, в России первые фосфорные спички появились в 1836 году и стоили недешево – рубль серебром за 100 штук. Производство деревянных спичек Современные деревянные спички изготовляются двумя способами. При шпоновом способе( для спичек квадратного поперечного сечения) отборные бревна осины ошкуриваются и затем разрезаются на короткие чураки, которые лущатся или строгаются в ленты, по ширине соответствующие длине спичек, толщиной в одну спичку. Ленты подаются в спичечную машину, которая разрезает их на отдельные спички. Последние механически вставляются в перфорации пластин автомата для нанесения головок маканием. При другом способе( для спичек круглого сечения) небольшие сосновые чураки подаются в головку машины, где расположенные в ряд вырубные штампы вырезают заготовки спичек и вталкивают их в перфорации металлических пластин на бесконечной цепи. При обоих способах производства спички последовательно проходят через пять ванн, в которых производится общая пропитка противопожарным раствором, на один конец спички наносится грунтовой слой парафина для воспламенения древесины от спичечной головки, поверх него наносится слой, образующий головку, на кончик головки наносится второй слой и в заключение головка опрыскивается упрочняющим раствором, защищающим ее от атмосферных воздействий. Пройдя на бесконечной цепи по огромным барабанам для сушки в течение 60 мин, готовые спички выталкиваются из пластин и поступают в фасовочный автомат, распределяющий их по спичечным коробкам. Затем оберточный автомат завертывает по три, шесть или десять коробок в бумагу, а упаковочный автомат заполняет ими отгрузочную тару. Современная спичечная машина( длиной 18 м и высотой 7, 5 м) производит до 10 млн. спичек за 8- часовую смену. Производство картонных спичек Картонные спички изготавливаются на аналогичных машинах, но за две отдельные операции. Предварительно обработанный картон с больших рулонов подается в машину, которая нарезает из него «гребенки» по 60–100 спичек и вставляет их в гнезда бесконечной цепи. Цепь проносит их через парафиновую ванну и ванну формирования головок. Готовые гребенки поступают в другую машину, которая разрезает их на двойные «странички» из 10 спичек и скрепляет с заранее напечатанной крышкой, снабженной полоской для зажигания. Готовые спичечные книжечки направляются в фасовочно- упаковочный автомат. Тайны Пизанской башни Падающая башня в Пизе – колокольня собора в городе Пиза( Италия) , расположенная на Соборной площади, которую часто называют «Площадь чудес». Знаменитая' падающая' башня( Torre Pe' ldente) - это колокольня( Campanile) собора в городе Пизе, часть редкостного по своей красоте архитектурного ансамбля, состоящего, помимо колокольни и собора, еще из часовни для крещения( баптистерия) и кладбища. Если бы' падающая' башня не кренилась, а стояла строго вертикально, как все остальные башни на свете, слава ее ограничилась бы, вероятно, лишь узким кругом архитекторов и историков. Благодаря же своему конструктивному изъяну она известна во всем мире.   Работы по строительству кампанилы начались в 1174. Считается, что архитекторами были Бонанно Пизано и Гульельмо да Инсбрук. Фундамент колокольни был заложен на глубине трех метров на «подушке» из камня. Работы по строительству были приостановлены через 10 лет, когда было завершено возведение третьего колоннадного кольца, поскольку появились первые признаки наклона здания. Это объяснялось оседанием грунта, вызвавшего просадку фундамента на 30- 40 см и отклонение башни от вертикали на 5 см. В 1275 работы вновь возобновились под руководством архитектора Джованни ди Симоне, который пытался выпрямить ось здания. Высота колокольни увеличилась на три этажа и достигла 48 м: в 1284 были завершены шесть этажей с лоджиями- галереями. Отклонение башни к тому времени составило более 90 см. В начале 14 в. на уровне шестого колоннадного кольца в больших проемах на ней были установлены колокола. Над шестым ярусом башни архитектор Томмазо ди Андрео Пизано возвел галерею со звонницей( 1350–1372) . В это время отклонение башни от вертикали составляло 1, 43 м. Сегодня, когда смотришь на башню снизу или, тем паче, сам взбираешься на ее верхнюю площадку по 294 ступеням, с замиранием сердца ощущая по пути, как все строение вот- вот завалится набок, остается только удивляться, как и почему она до сих пор не упала. С каждым годом угол ее наклона все увеличивается, и тревога за ее судьбу все растет. В начале нашего столетия отклонение от оси вертикали составляло 4, 3 метра, сегодня оно составляет уже 4, 6 метра После того как колокольня собора Pavia разрушилась в 1989 году, Consorzio Progetto Torre di Pisa( Консорциум Проекта Пизанской Башни) поручил инженерам стабилизировать" Падающую" Башню. Из- за того, что Башня наклонялась в различных направлениях первые годы, она слегка искривилась, как банан. Инженеры работают над фундаментом Башни больше чем над самим строением, надеясь вернуть вершину башни примерно на 20 см назад. Но это означает, что 800- летняя башня останется" падающей" . Работы по сохранению башни( решению проблемы ее наклона) начались еще во время строительства. Первая комиссия экспертов работала на ней в 1298, проверки проводились в 1396, в 1550, неоднократные в 18–19 вв. До нашего времени на ней работали уже 15 комиссий. В 1935, чтобы сделать фундамент башни влагонепроницаемым, в него ввели жидкий цемент. В 1992 на высоте первой галереи и под карнизом памятника были наложены 18 стальных колец, покрытых специальным пластиком, которые должны были помешать дальнейшему проседанию здания. Для временного укрепления фундамента с северной стороны положили 600 тонн свинца, который в 1993 перенесли на платформу, соединенную с башней при помощи обручей. Падающая башня имеет цилиндрическую форму и устремляется ввысь своими восемью ярусами( считая звонницу) . Шесть центральных ее этажей окаймлены изящными декоративными аркадами, в облике которых, возможно, сказалось влияние византийской или мусульманской архитектурной традиции. Вопрос о возможных мусульманских влияниях интересен вдвойне, поскольку до сих пор не ясно, возникла ли идея отдельно стоящей колокольни в христианской церковной архитектуре под воздействием мусульманских минаретов, или, напротив, сами эти минареты, с высоты которых муэдзины призывали верующих к моленью, ведут свою родословную от христианских колоколен. ' Падающая' башня строилась как колокольня при Пизанском соборе, возведение которого началось столетием ранее. Случилось это после победного морского сражения пизанцев против сарацин при Палермо в 1063 году. В Пизанском соборе находятся несколько захоронений различных исторических деятелей, среди которых- гробница германского императора Генриха VII. Архитектурный стиль сооружения приобрел известность под названием романо- пизанского. В черно- белой мраморной облицовке наружных стен опять- таки очевидно влияние ислама. Фасад первого этажа увенчан аркадами, а в верхней части декоративные аркады расположены в несколько ярусов Друг над другом, уменьшаясь от центра к флангам и образуя фронтонную конструкцию. Собор с его средним и поперечным нефами и богато орнаментированным интерьером был окончательно достроен позже. Круглая в плане башня, выполненная из камня и мрамора, вызывает восхищение своими грандиозными размерами, ажурностью и ощущением «эффекта падения». Высота восьмиярусной колокольни – 58, 36 м над фундаментом, диаметр основания – 15, 54 м, отклонение на уровне основания превышает 4 м. Центральный цилиндр башни выложен из кирпича. Толщина наружных стен уменьшается от основания к вершине( у основания – 4, 9 м, на высоте галерей – 2, 48 м) . Нижний ярус колокольни украшен 15 полуколоннами. Ажурность и легкость башне придают колонны, с опирающимися на них округлыми арками, с проходами под ними: 6 ярусов аркад по 30 колонн в каждом. Наверху расположена нарядно украшенная звонница с колоколами. Внутри цилиндра колокольни идет винтовая лестница из 294 ступеней, по которой можно попасть на обзорную площадку. Башня декорирована орнаментом из цветного мрамора( белого и светло- серого) . У входа расположены барельефы с изображением фантастических животных, наверху – люнетта со скульптурой Мадонна с младенцем Андреа Гварди( 15 в. ) В 1564 году в Пизе родился Галилео Галилей, будущий знаменитый ученый. Судя по его собственным рассказам, он использовал Пизанскую башню для своих опытов. С верхнего ее этажа он бросал различные предметы, чтобы доказать, что скорость падения не зависит от веса падающего тела. Мастера, внёсшие огромный вклад в строительство и украшение Пизанской башни Первым строителем храма был архитектор Бускетто, вероятно, выходец из Греции. На это указывают как фамилия мастера, так и предложенная им композиция собора, восходящая к идеям византийской архитектуры V века. После 1118 года строительство Пизанского собора продолжил мастер Райнальдо. Он удлинил главный неф здания и возвел фасады. Именно ему принадлежит оформление главного фасада собора в виде нескольких рядов легких, изящных полукруглых аркад. В Тоскане не было принято украшать фасады церквей скульптурой, и мастер Райнальдо просто облицевал фасад белым и черным, с серо- голубым оттенком, камнем с мраморными инкрустациями. Под ярким южным солнцем Пизанский собор контрастирует с зеленью луга и, кажется, вбирает в себя все краски неба. Собор производит удивительное впечатление благодаря ювелирной отделке своих колонок и арочек, создающих ощущение игрушечности. Сколько же терпения и любви понадобилось мастерам, чтобы так тщательно и кропотливо соединять в единое целое множество мраморных деталей! В основном строительство Пизанского собора было завершено в 1150- х годах. Такая сравнительно быстрая постройка объясняется тем, что мастера не тратили время на возведение сложных каменных сводов: перекрытие центрального нефа выполнено деревянным. Над порталами помещены красочные мозаичные панно. Интерьер собора украшают позолоченный потолок и многочисленные мраморные скульптуры. Скульптурные работы в храме связаны с именем выдающегося итальянского мастера Никколо Пизано. Его скульптуры напоминают искусство времен Римской империи времен раннего христианства. Многие исследователи усматривают в творчестве Пизано первые проблески эпохи Ренессанса( " проторенессанс" ) . Дело отца продолжил его сын, Джованни Пизано, также много работавший над украшением храма. Строительство звонницы- кампанилы( " Пизанской башни" ) было начато в 1174 году, как предполагают- мастерами Вильгельмом( Гульельмо) из Инсбрука и Боннано. Башня имеет монолитное основание, окруженное" слепыми" ( без прохода внутрь) аркадами. Над ними поднимается шесть ярусов арочных галерей, таких же, как и аркады главного фасада собора. Этот мотив аркад объединяет весь ансамбль в единое целое. В алтаре Пизанского собора возвышается колоссальная статуя Христа. Очень хороша мраморная готическая кафедра( амвон) - работы отца и сына Пизано, одна из главных достропримечательностей собора. Кафедра богато украшена скульптурой и рельефами работы Никколо Пизано, выполненными около 1260 года. В целом же внутреннее убранство собора сильно пострадало во время пожара 1596 года. Знаменитый соборный ансамбль в Пизе- шедевр средневековой итальянской архитектуры. Создание ансамбля началось в 1063 году, когда на окраине города, на зеленом лугу, было заложено здание ансамбля городского собора, включившего в себя беломраморный пятинефный собор, колокольню и баптистерий- крещальню. Так на удаленной от городского центра площади образовалось одно из выдающихся произведений средневековья, оказавшее огромное воздействие на развитие итальянской культуры.   Эффект Доплера 17 марта 1853 года умер профессор физики Венского университета Кристиан Доплер( Christian Doppler) . Он открыл физический эффект, который мы все когда- либо наблюдали- изменение тона гудка приближающегося или удаляющегося поезда. В первом случае он выше, а во втором ниже, чем у неподвижно стоящего.   Это легко объяснить. Тон звука, слышимый нами, зависит от частоты звуковой волны, доходящей до уха. Если источник звука движется нам навстречу, то гребень каждой следующей волны приходит чуть быстрее, так как был испущен уже ближе к нам. Волны воспринимаются ухом, как более частые, то есть звук кажется выше. При удалении источника звука, каждая следующая волна испускается чуть дальше и доходит до нас чуть позднее предыдущей, а мы ощущаем более низкий звук. То же самое происходит, если движется не источник звука, а мы сами. Если мы набегаем на волну, её гребни пересекаем чаще, и звук кажется выше. Если убегаем от волны- наоборот. То есть не важно- движется источник или приёмник звука. Для наблюдения эффекта Доплера главное- их движение относительно друг друга. Этот эффект наблюдается не только для звука, а и для волн любой частоты- световых и даже радиоактивного излучения. Благодаря эффекту Доплера, астрономы установили, что вселенная расширяется- звёзды разбегаются друг от друга. С его помощью определяются параметры движения планет и космических аппаратов. Эффект Доплера лежит в основе радаров, с помощью которых гаишники определяют скорость автомобиля. Медики используют этот эффект для того, чтобы с помощью ультразвукового прибора отличить вены от артерий при проведении инъекций. Самое поразительное, что эффект Доплера работает и в случае, когда частоты колебаний огромны, как в случае радиоактивного излучения, а относительные скорости источника и поглотителя- всего миллиметры в секунду. То есть энергия гамма- квантов меняется за счёт эффекта Доплера на очень незначительную величину. Это используется в спектрометрах ядерного гамма резонанса( мёссбауэровских спектрометрах) . И всё это стало возможным благодаря Кристиану Доплеру. Он родился 29 ноября 1803 года в Зальцбурге. В 1825 году окончил Политехнический институт в Вене, с 1829 по 1833 преподавал высшую математику в Вене. Затем, в течение полутора лет, ему пришлось работать клерком на хлопчатобумажной фабрике. Он даже хотел эмигрировать в Америку, но получил приглашение быть профессором в Праге, где проработал с 1835 по 1847 год. С 1847 года Доплер- профессор Горной и Лесной академий в Хемнице( Венгрия) , с 1848 года- член Венской Академии Наук. С 1850 года- профессор Венского университета. В конце 1853 года у Доплера обострилось заболевание туберкулёзом, и он вынужден был поехать на лечение в Венецию, где после пяти месяцев болезни, не дожив до 50 лет, 17 марта 1853 года скончался. . .