Занимательные опыты, или Чудеса без чудес. Увлекательная физика для маленьких учёных

Нет сомнения, что в комнате ветер… Едва только нагрелась печь, нагрелся и окружающий её воздух. Как и все другие тела, от тепла воздух расширяется, а потому и делается легче… Затопленная печь расположена снизу. Она не может сразу нагреть весь воздух в комнате; нагревается только воздух, находящийся рядом с ней. Сделавшись легче, он поднимается наверх, совсем так же, как пробка, которую вы положили на дно стакана, наполненного водой. Вот почему наш воздушный шарик, как только мы поднесли его к теплу, стал подниматься.

Дойдя до потолка, тёплый воздух не может идти выше. Он расходится во все стороны, достигает до той стены, которая выходит на улицу или во двор… У холодного окна тёплый воздух охлаждается, делается тяжелее и падает. Вместе с ним падает и наш шарик… Дойдя до пола, холодный воздух пойдёт к печке. Только движение это будет уже очень медленным, и слабый ветерок, чуть идущий по полу, не передвинет нашего шарика… У печки воздух опять нагреется, поднимется, пойдёт к окну – и так без конца будет кружиться, пока топится печь.

Можно сделать в комнате ветер более сильным и удостовериться, что низом идёт холодный воздух. Приоткроем дверь в другую, холодную комнату так, чтобы получилась узенькая щёлка. Зажжём свечу и поднесём её к щёлке сначала вверху, потом в середине и, наконец, внизу (рис. 15). Вверху пламя свечи отклонится наружу, то есть в холодную комнату, в середине оно будет стоять прямо, а внизу направится в тёплую сторону. Ясно, что вверху тёплый воздух уходит из комнаты, а внизу холодный приходит в комнату. Ветер на полу сделался заметным потому, что задул сильнее.

Рис. 15. Пламя у полуоткрытой двери

Вы знаете, что на земле есть тёплые страны. Там всегда жарко, люди не знают снега. Растут в этих странах чудные вечнозелёные деревья, наливаются и зреют вкусные плоды. Солнце льёт там на землю горячие лучи, и зной его невыносим… Есть на земле и мрачная страна вечного холода. Огромные льды покрывают там море. Поднимаются они к небу высокими горами, и снег белой скатертью окутывает всё. Нет там ни деревца, ни кустарника. На краю этой холодной пустыни человек не может жить.

Тёплая страна – страна вечного солнца и тепла – то же, что печка в комнате, а мрачное царство холода – то же, что окно. Потому-то и на земле воздух движется так же, как и в комнате: из тёплых стран идёт в холодные – и наоборот.

От ветра зависит погода. От тепла вода превращается в пар и смешивается с воздухом. В тёплом воздухе много воды, или, как говорят, влаги. Если тёплый воздух подойдёт к холодному окну, то водяной пар осядет на окно маленькими капельками – окна вспотеют. Когда после жаркого дня наступает холодный вечер, на листья растений – в поле, в саду, в лесу – садятся крохотные капельки воды. Это роса.

В комнате может идти и снег. Рыбаки, зимовавшие однажды в холодной стране, укрылись от мороза в избушке; когда в избушке стало душно, они отворили дверь. И что же? Вдруг в комнате пошёл снег, и белые хлопья его покрыли весь пол. Но ещё интереснее был случай на одной вечеринке в Петербурге в 1773 г. В зале было жарко и влажно. Одной женщине сделалось дурно. Стали отворять форточку, но она примёрзла. Тогда один из гостей подошёл к окну и выбил стекло. На дворе была буря. Ветер выл и свистел. С шумом рванулся он в комнату сквозь выбитое стекло. И в зале вдруг пошёл снег. Вы уже догадались почему? От холода водяной пар быстро застыл и упал снегом.

Видите, как в комнате может меняться погода? Зная это, вы без труда можете устроить себе несколько забавных игрушек. Это будут настоящие волшебные игрушки. Товарищи, которые ничего не слыхивали о перемене погоды в домах, пожалуй, и в самом деле подумают, что моя книга раскрыла вам все тайны волшебства.

Ветряная мельница в комнате

Рис. 16. Ветряная мельница

Просверлите в пробке дырку насквозь. Сделать это можно накалённой докрасна шпилькой. Закройте её с одной стороны маленьким кусочком стекла; залейте стекло сверху сургучом, чтобы оно держалось на пробке. Вставьте в дырку с другой стороны кусок гусиного пера или обрезок стеклянной трубки. В бока пробки воткните несколько спичек, а к спичкам приклейте или привяжите четырёхугольные кусочки бумаги, как показано на рис. 16. Приклеить их надо немного наклонно, чтобы лицом они стояли к ветру. Наденьте пробку на вязальную иглу на место змейки. Поставьте мельницу к печке, она будет вертеться.

Вертящаяся змея

Из толстой бумаги вырежьте змейку, как показано на рис. 17. В хвосте этой змейки выдавите острым концом вязальной спицы маленькое углубление и положите змейку на конец вязальной иглы, как показано на рис. 18. Другой конец иглы вставьте в деревянную дощечку или в широкую пробку. Поставьте змейку на полу у печки. Она начнёт кружиться. Почему? Полом идёт холодный воздух от окна к печке. Он толкает змейку и заставляет её кружиться.

Рис. 17. Вертящаяся змейка

Рис. 18. Змейка, установленная на печке

Карусель

Кто сумел сделать мельницу, тому ничего не стоит устроить и карусель. Для этого надо мельницу немного переделать. Прежде всего прибавьте к ней крыльев, сделайте их штук восемь. Затем вырежьте из бумаги кружок, в середине его сделайте дырку и проденьте в неё пробку так, чтобы крылья были выше кружка. Кружок должен быть немного меньше крыльев. Остаётся привесить к кружку на ниточках людей, сидящих на лошадках, а сверху воткнуть несколько флагов из папиросной бумаги. Если вы мастер клеить, то можете приделать к кружку и занавески. Карусель готова (рис. 19). Поставьте её около печки, и она завертится.

Рис. 19. Карусель

Воздушный шар

В XIX в, маленький французский городок Аноне прогремел на весь мир. Там был пущен первый воздушный шар! Придумали его братья Монгольфье. В назначенный день на площади собралась несметная толпа народу. Все хотели посмотреть на невиданную диковинку. Посередине площади висел на столбах огромный полотняный шар —7 сажен13 (ок. 15 м) в ширину. Снаружи он был оклеен бумагой. Внизу шара было сделано большое отверстие, а под отверстием висела жаровня. Братья Монгольфье положили в жаровню горячие угли. От их теплоты воздух в шаре нагрелся и сделался легче. Братья перерезали канат, которым шар был привязан к столбу. Шар рванулся, дрогнул и поднялся вверх. Скоро он скрылся в облаках.

Рис. 20. Первый воздушный шар (монгольфьер)

Братья Монгольфье захотели узнать, можно ли летать на таком шаре людям. Но охотников отправиться в воздушное путешествие не находилось. Монгольфье привязали к шару большую плетёную корзину и посадили в неё овцу, петуха и утку. Это были первые воздухоплаватели. Вернулись они на землю благополучно.

Рис. 21. Изготовление воздушного шара

После этого люди стали часто устраивать шары. В наше время воздушные шары делают не из полотна, а из особой материи, не пропускающей сквозь себя воздух. Наполняют их не тёплым воздухом, а тем газом, который горит в уличных фонарях14*. Он очень лёгок. Шар покрывают сверху верёвочной сеткой, а внизу к сетке прикрепляют корзину; в неё садятся люди, желающие постранствовать в воздухе.

Вы сами можете устроить воздушный шар. Возьмите шесть листов бумаги, разрежьте их пополам, а половинки склейте так, чтобы получились длинные полосы. Придайте этим полосам форму, как на рис. 21. Склейте их друг с другом. Получится шар с двумя отверстиями: одно у него вверху, другое – внизу. Верхнее отверстие заклейте папиросной бумагой, а нижнее оставьте. Подержите этот шар (осторожно!) отверстием над лампой или свечой. Шар наполнится горячим воздухом и полетит вверх, но только в том случае, если вы оклеили крепко и нигде не оставили щелей, через которые тёплый и лёгкий воздух мог бы выйти…

Маленькие разноцветные шары, продаваемые на праздниках, наполнены лёгким газом. Оттого они и летают. Однако на второй или третий день покупки такой шар обыкновенно съёживается и перестаёт летать. Отчего? Лёгкий газ выходит сквозь резину, из которой шар сделан. Его место занимает обыкновенный воздух. Шар становится тяжелее.

С каждым годом люди всё лучше и лучше летают в воздухе, и теперь воздухоплавание сделало удивительные успехи. Сначала появились управляемые воздушные корабли – дирижабли, которые послушны воле человека: они могут лететь против ветра, возвращаться назад к тому месту, откуда отправились, и спускаться по желанию в любой момент. Однако потом люди создали и летательные машины, которые тяжелее воздуха, – аэропланы15*. Но прежде чем говорить об этих удивительных воздушных судах, познакомимся с устройством очень интересной игрушки – бабочки, которая сама летает.

Летающая бабочка

Возьмите две маленькие планки около 0,5 см шириной и вклейте их концами параллельно друг другу в две половинки новой хорошей пробки (рис. 22). Кроме того, по бокам верхней пробки вставляются с клеем две тоненькие лучинки. Их предварительно надо согнуть, как показано на рисунке. Для этого их опускают на несколько часов в воду, потом кладут на несколько минут в кипяток. После этого лучины изгибаются, как нужно, концы их связываются бечёвкой, и в таком виде лучины быстро сушатся, хотя бы на сковороде. Обе лучины должны быть изогнуты одинаково. К этим лучинкам и к основе приклеиваются большие крылья из папиросной бумаги, но не следует особенно натягивать их: крылья тогда лучше захватывают воздух.

Теперь надо сделать для нашей бабочки голову и усики, которые и составляют её летательный снаряд. Усики видны на рисунке внизу. Их вы сделаете так же, как делали лучинки для крыльев. Когда они будут надлежащим образом изогнуты и высушены, вы обтянете их папиросной бумагой. Изгиб должен быть сделан очень аккуратно. Вставляются усики с клеем в особую полупробку, как это видно на рисунке. Эта полупробка и будет головкой.

Остаётся присоединить головку к туловищу. Сделайте крючочек из тонкой проволоки, просверлив накалённой иглой обе верхние пробки, пропустите проволоку сначала через пробку-шейку, а потом через пробку-головку и закрепите, осторожно загнув конец проволоки в верхнюю пробку. В пробке-шейке проволока должна легко вертеться, а потому полезно между пробками вставить стеклянную бисеринку и ещё лучше сверху и снизу её подложить по маленькому жестяному кружочку (из очень тонкой жести). В нижнюю пробку туловища надо вставить такой же крючочек, какой вставлен вверху. Между верхним и нижним крючками натяните два-три тонких резиновых кольца (см. рис. 22), какие обыкновенно употребляются вместо ниток в магазинах. Резинки не надо скручивать, а наоборот, следует аккуратно расправить между крючками. Бабочка готова.

Рис. 22. Изготовление летающей бабочки

Возьмите её за хвост двумя пальцами левой руки, а правой рукой закрутите резинки, крутя бабочку за голову. Когда вы теперь отпустите голову, резинки станут раскручиваться, а с ними вместе начнёт вертеться и голова бабочки с усиками. Выпустите бабочку из левой руки, и она полетит вверх.

Чтобы игрушка вышла удачной, необходимо не только сделать её аккуратно, но и позаботиться, чтобы она была легка. Пробки надо брать маленькие, лучинки тонкие, проволоку лёгкую. Очень полезно для лёгкости и изящества все деревянные части протереть «шкуркой».

Если игрушка выйдет неудачной, постарайтесь разыскать в магазинах готовую и по ней исправить ошибки вашей работы. Но гораздо лучше не смущаться первой неудачей и переделать бабочку. Особенное внимание надо обратить на аккуратное устройство усиков.

Воздушные корабли

Теперь мы можем понять устройство воздушных кораблей. Прежде всего познакомимся с дирижаблями. Эти воздушные суда отличаются огромными размерами. Форма их иная, чем у старых аэростатов: они напоминают своим видом огромную рыбу или сигару. Делаются дирижабли не только из непроницаемой материи, но и из лёгкого металла – алюминия. Важная принадлежность их – двигатель, мотор. Изобрести мотор, подходящий и пригодный для воздушных судов, было особенно трудно. В то время, пока работали только обычные паровые машины, нечего было и думать о приспособлении их для воздухоплавания: они слишком тяжелы и громоздки. Однако потом научились создавать лёгкие бензиновые двигатели, и их-то оказалось возможным применить к дирижаблям. Но этого мало. Главное препятствие для воздухоплавателя – ветры. Управляемый аэростат должен побороть силу ветра. Во сколько же раз сильнее должен быть на дирижабле мотор, чем машина парохода! И в то же время он должен быть лёгким. Как ни трудно было построить вначале такой мотор, теперь существует уже и такие, что в прошлом в них даже не поверили бы.

Рис. 23. Дирижабль типа «Цеппелин»

Кроме мотора, на каждом дирижабле имеется так называемый пропеллер. Это то же самое, что пароходный винт. Он соответствует усикам нашей механической бабочки и даже устройством своим напоминает их. При помощи пропеллера дирижабль как бы ввинчивается в воздух. Но у бабочки усики приводились в движение раскручивающейся резиной, и потому бабочка летела до тех пор, пока нить окончательно не раскручивалась. У дирижаблей пропеллер приводится в действие мотором, и потому дирижабль летит, пока этот мотор работает.

Двигателя и пропеллера ещё мало для управляемого воздушного судна. Оба эти аппарата побеждают только силу ветра. Надо ещё шаром управлять. Поэтому у дирижаблей мы находим приспособления, которые придают им устойчивость и позволяют давать им желаемое направление: для этого служат плавники, рули и т. п.

Самое крупное неудобство старого, неуправляемого аэростата – это то, что объём его, в зависимости от уменьшения давления и от охлаждения, изменяется; обыкновенно при поднятии аэростат съёживается, а в случае нагревания солнечными лучами расширяется. Необходимо было в дирижаблях прежде всего устранить это неудобство. Это достигнуто в «мягких» дирижаблях устройством баллонета, или внутреннего кармана, который помещается внутри воздушного корабля, в его нижней части, и имеет сообщение с наружным воздухом. При поднятии дирижабля этот карман наполнен воздухом. Как только водород станет расширяться, он сейчас же вытеснит из кармана часть воздуха, а если водород сожмётся, то посредством особого вентилятора воздух вгонится в карман снаружи. Таким образом, объём дирижабля остаётся неизменным. Впрочем, упомянутые выше металлические воздушные суда не нуждаются в баллонете.

Необходимой принадлежностью каждого дирижабля является прикреплённая к нему корзина, или гондола, в которой и помещаются воздухоплаватели.

В 1923 г. существовали огромные «жёсткие» дирижабли, объёмом в 6—7 тысяч кубических сажен (58—68 тыс. м3), с несколькими моторами общей мощностью 2000 лошадиных сил; такой воздушный корабль имел в длину около 1/5 версты16 (ок. 200 м) и толщину, равную высоте семиэтажного дома; он поднимал 2—21/2 тысячи пудов17 (33—41 т) груза и летал со скоростью 120 км/ч, держась в воздухе непрерывно целую неделю.

Рис. 24. Аэроплан

Кроме дирижаблей, в настоящее время существуют аппараты, которые поднимаются подобно бумажному змею, но поднимает их не ветер, а опять-таки сильные моторы. Они удобнее дирижаблей тем, что не содержат в себе легко загорающегося водорода, а потому не могут погибнуть так легко от пожара или взрыва. Называются эти аппараты самолётами (или, по-устаревшему, аэропланами).

Большинство аэропланов того времени представляли одну плоскость или же две параллельные плоскости, связанные между собою рядом стержней, и снабжались мотором и всеми аппаратами, необходимыми для управления. Скорость их полёта достигала 200 км/ч и могла быть доведена даже до 400 км/ч. В то время существовало уже правильное пассажирское и почтовое сообщение на аэропланах, связывающее самые отдалённые пункты земного шара. Такие линии, как Москва—Кёнигсберг (длиной 1300 км), являлись ещё сравнительно короткими. В то же время в Америке существовало теперь (1923 г.) воздушное сообщение на аэропланах через весь материк от Нью-Йорка до Сан-Франциско (ок. 4000 км). В Англии применение аэропланов для различных надобностей практической жизни настолько развилось к тому времени, что было даже учреждено особое воздушное министерство18*.

Огнедышащая гора в комнате

Недалеко от берегов Италии выставляется из воды крохотный островок Стромболи; на островке стоит гора, такая большая, что занимает весь островок. Над этой горой вечно стоит столб водяного пара; из вершины её летит пепел целыми тучами и льётся накалённая жидкость, блестящая, как солнце, – смотреть на неё больно; от этой жидкости идёт такой жар, что и подступиться к ней нельзя. Жидкость эта называется лавой. Водяной пар, пепел и лава выходят из отверстия, которое находится на верхушке горы. Оно имеет вид как бы воронки и называется кратером. Такая гора, из которой вылетают пар и пепел и выливается лава, называется вулканом.

Вулканы известны в разных странах. Их насчитывают на земле до восьмисот. В России самая большая из них – Ключевская сопка19 на Камчатке. Высота этой горы больше 5 км; внизу растут деревья, а километра два повыше лежит вечный снег. Кратер находится над снежной линией, и огненная лава с шипением и шумом течёт по снегу. Из Ключевской сопки не всегда течёт лава и вылетает пар. Бывает так, что гора чуть-чуть дымится. Вылетание пепла, пара и лавы называется извержением.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

1

Существует и другой, более новый способ дышать под водой. Водолаз может взять с собой баллон воздуха под большим давлением. Потихоньку выпуская воздух из баллона, водолаз может дышать под водой несколько часов, при этом совершенно не взаимодействуя с поверхностью. (Здесь и далее звездочкой (*) помечены примечания научного редактора.)

2

Спрут или осьминог – мягкотелое морское животное. Тело его снабжено восемью длинными щупальцами. Они извиваются, как змеи. Спрут сидит обыкновенно в расселинах скал и оттуда выслеживает добычу. Чтобы поймать её, он неожиданно высовывает свои щупальца. В них у спрута огромная сила: он без труда может раздавить большого морского рака – омара. Спруты достигают значительной величины. Иногда рыбаки едва-едва овладевают им; однажды был вытащен огромнейший спрут: длина его была 4 м, а масса – 50 кг.

3

Вершок—старорусская единица измерения длины. 1 вершок = 1/48 сажени = 7/48 фута = 1/16 аршина = 1,75 дюйма = 4,445 см. (Примеч. ред.)

4

Здесь и далее в скобках указано значение величин в современных единицах измерения. (Примеч. ред.)

5

Аршин—старорусская единица измерения длины. 1 аршин = 1/3 сажени, 16 вершков = 28 дюймов = 0,7112 м. (Примеч. ред.)

6

Так получающаяся изо льда вода будет холоднее 0 °C и при этом не замерзать.

7

Вода расширяется при охлаждении лишь в промежутке от +4 °C (Цельсия) до 0 °C. При охлаждении же до +4 °C вода, как и прочие тела, сжимается.

8

Подробнее об этом см. в книге A.П. Нечаева «И камни живут».

9

То же самое происходит и с чайниками – нагревающий элемент у них находится снизу, а кипит вся вода.

10

Следовательно, то, что мы в повседневной жизни неправильно называем паром, есть, собственно, не пар, а жидкая вода в мелко распылённом состоянии.

11

Сейчас свинец можно найти в старых аккумуляторах и проводах, а олово часто используют для припоя микросхем.

12

Можно также использовать обогреватель или горячую батарею.

13

Сажень – старорусская единица измерения расстояния. 1 сажень = 7 английских футов = 84 дюйма = 1/500 версты = 3 аршина = 12 пядей = 48 вершков = 2,1336 м. (Примеч. ред.)

14

Сегодня этим газом наполняют воздушные шарики.

15

Так раньше называли самолёты, вертолёты и даже ракеты.

16

Верста – русская единица измерения расстояния, соответствующая нынешним 1066,8 м (также в неё входят 500 саженей или 1500 аршинов). (Примеч. ред.)

17

Пуд – устаревшая единица измерения массы русской системы мер. 1 пуд = 40 фунтов = 16,3804964 кг. (Примеч. ред.)

18

Сегодня самолётами уже никого не удивишь. В этих металлических птицах люди регулярно летают во все уголки земного шара. В каждый момент времени (на 2017 г.) в воздухе находится больше 10 тысяч самолётов. Существуют специальные сервисы, позволяющие на карте показать все их положения.

Однако в данное время разнообразие воздушных судов на самолётах уже не заканчивается. Другим повседневным транспортом стал вертолёт. Поднимается в воздух он так же, как игрушечная бабочка: за счёт винтов, установленных на крыше. Но вертолёт оснащён сложной техникой, часто – вторым винтом на хвосте, в результате чего он может лететь во все возможные стороны или, если захочет, зависнуть неподвижно в воздухе. Такое не то что самолёты, а даже многие птицы проделать не могут!

Однако воздушным транспортом, позволяющим двигаться с наибольшей скоростью, являются ракеты. Двигает их вперёд не винт, как было во всех предыдущих воздушных судах, а сила реактивной тяги. Понять, что это такое, довольно просто. В то время как вы толкаете или кидаете тяжёлую вещь, вы сами отталкиваетесь назад (с лёгкими вещами это тоже происходит, но из-за разницы в массе вы этого практически не замечаете). Можете провести такой опыт: выйдите в воду на озеро на маленькой надувной лодке. Возьмите с собой больших камней. Остановите вашу лодку в спокойной воде. Теперь аккуратно, чтобы не свалиться, начните бросать тяжёлые камни в какую-то одну строну. Вы начнёте, вместе с лодкой, двигаться в противоположную сторону! И так, выбрасывая в одну сторону какие-то вещи, вы сами приобретаете скорость, но в другом направлении. На этом принципе и построены ракеты. Внутри их двигателя происходит сгорание топлива, поднимается давление – и маленькие частички с огромной скоростью вылетают из специального жерла, называющегося соплом. Со стороны это выглядит, будто из дна ракеты, имеющей чаще всего конусообразную форму, вырывается столб пламени, тогда как сама ракета начинает двигаться, всё ускоряясь в другую сторону. Именно на ракетах люди смогли преодолеть земное притяжение и отправиться в открытый космос.

19

Все вулканы в России издревле народ называл сопками. Название это происходит от слова «сопеть». Сопка – то, что постоянно шумит, или, по народному выражению, сопит.