Для юных физиков. Опыты и развлечения (сборник) - Яков Перельман

Вместо змеи можно заставить вращаться и бумажку иной формы, – например бабочку. Лучше вырезать ее из папиросной бумаги и, перевязав посредине, подвесить на очень тонкой ниточке (еще лучше – на волосе). Подвесьте такую бабочку над лампой, – и она закружится, как живая. Эффект опыта усилится тем, что бабочка отбросит на потолок свою тень в виде довольно большого темного силуэта, который будет повторять в усиленном виде все движения вращающейся бумажной бабочки. Человеку неподготовленному покажется, что в комнату залетела крупная черная бабочка и судорожно порхает под самым потолком…

Можно, наконец, поступить и так: воткнуть иглу в пробку, положить бумажную бабочку на острие иглы, подперев в такой точке бумажного контура, чтобы бабочка держалась в равновесии (точку эту – «центр тяжести» нашей бумажки – придется отыскивать рядом проб). Бабочка быстро завертится, если рядом находится какой-нибудь теплый предмет. К такой вертушке достаточно даже приблизить ладонь руки, чтобы вызвать довольно оживленное вращение.

С расширением воздуха при нагревании и возникающими вследствие этого восходящими течениями мы встречаемся положительно на каждом шагу. Все знают, что в натопленной комнате самый теплый воздух скопляется у потолка, а самый холодный стекает к полу – оттого нам и кажется, что дует снизу, если комната еще недостаточно нагрелась. И оттого, если приоткрыть дверь из теплой комнаты в холодную, холодный воздух втекает снизу, а теплый вытекает вверху (пламя свечи возле двери укажет вам направление этих течений). Если вы хотите сохранить тепло в натопленной комнате, позаботьтесь о том, чтобы через щель под дверью не втекал холодный воздух: для этого достаточно прикрыть эту щель ковриком или хотя бы даже просто газетным листом. Тогда и теплый воздух, не вытесняемый снизу холодным, не будет выходить через верхние щели комнаты.

Далее: что такое «тяга» в печи или фабричной трубе, как не восходящий ток теплого воздуха? А бумажные воздушные шары, пускаемые во время гуляний, разве они не оттого поднимаются, что воздух, нагреваемый в них (от пропитанной спиртом зажженной ваты), легче окружающего холодного? Мы могли бы еще сказать о теплых и холодных воздушных течениях в нашей атмосфере, о «пассатах», «муссонах», «бризах» и т. п. ветрах, – но это увлекло бы нас слишком далеко.

16. Лед в бутылке

Легко ли получить бутылку льда? Казалось бы, зимою – что может быть легче? Налить воды в бутылку, выставить за окно, а остальное предоставить морозу: холод заморозит воду, и получится бутылка, полная льду.

Однако, если проделаете этот поучительный опыт, вы не без удивления убедитесь, что дело вовсе не так просто. Лед-то действительно получается, но бутылки при этом уже не оказывается: она раскалывается под напором замерзающего льда. Дело в том, что лед, замерзая, довольно заметно увеличивается в объеме – примерно на 10-ю долю, – и расширение происходит с такою неудержимою силою, что не только закупоренные бутылки лопаются, но даже и у открытых бутылок откалывается горлышко от напора расширяющегося под ним льда; вода, замерзшая в горлышке, – а замерзание начинается именно вверху, – играет как бы роль ледяной пробки, закупоривающей остальную часть жидкости.

Сила расширения замерзающего льда может разрывать не только стеклянные стенки посуды. Перед нею не может устоять и металл, если слой его не очень толст. Вода на морозе разрывает двухдюймовые стенки железной бомбы! Не удивительно, что так часто лопаются водопроводные трубы, когда в них замерзает вода.

Но то же свойство воды расширяться при замерзании является причиною и того, что лед плавает на воде, а не падает на дно. Если бы вода при затвердевании сжималась – как большинство тел природы, – то лед, образовавшись в воде, не плавал бы на ее поверхности, а тонул бы. И тогда мы лишились бы тех незаменимых услуг, которые доставляет нам каждую зиму

… батюшка-мороз,

Наш природный, наш дешевый

Пароход и паровоз.

17. Огонь с помощью льда

Для этого удивительного опыта вам необходимо иметь два деревянных бруска с вдавленной круглой полостью в каждом. Углубления должны быть одинаковы, так что при накладывании брусков отверстия их совпадают, и образуется одна полость в форме чечевицы. Эти бруски послужат для нас формой, с помощью которой вы изготовите из льда ни мало ни много: зажигательную чечевицу…

Наложите в полость обломков льда «с горкой», накройте другим бруском и крепко сдавите оба бруска. Ледяные обломки под давлением сначала будут дробиться, но затем эти кусочки начнут спаиваться между собою в один сплошной кусок; продолжайте сдавливать бруски, пока не получится у вас прозрачная двояковыпуклая чечевица, похожая на зажигательное стекло.

Если опыт с получением прозрачной чечевицы сдавливанием льда (пользуясь свойством кусков льда под сильным давлением смерзаться) вам почему-либо не будет удаваться, то попробуйте изготовить такую чечевицу из одного куска льда, обрабатывая его сначала пилой и ножом, а затем горячим утюгом.

Выйдя с такою чечевицею в ясный морозный день на открытое место, сосредоточивают с помощью его солнечные лучи в одной точке, в которой держат какой-нибудь темный и легко воспламеняющийся материал (трут [7] ). Происходит сильное нагревание, затем вспышка. Мы получили огонь с помощью льда!

Всего поразительнее здесь, пожалуй, то, что лучи солнца, воспламенившие трут, проходят через лед, не нагревая его – иначе бы он таял. Очевидно, лучи не несут этой теплоты с собою, а теплота возникает лишь тогда, когда, задерживаясь темным веществом, лучи перестают быть тем, чем были раньше: из света они превращаются в теплоту.

18. Прорезать лед, оставив его целым

Мы сейчас сказали, что куски льда под давлением «смерзаются». Это не значит, что куски льда замерзают еще сильнее, когда на них давят. Как раз наоборот: при сильном давлении лед обыкновенно тает, а едва только образовавшаяся при этом весьма холодная вода освобождается от давления, она снова замерзает, потому что температура ее ниже 0°. Когда мы сдавливаем куски льда, происходит следующее: концы выступающих частей, соприкасающиеся между собою и подвергающиеся сильнейшему давлению, тают; образующаяся вода уходит в стороны, в мелкие пустые промежутки между выступами; там, уже не испытывая повышенного давления, эта чрезвычайно холодная вода тотчас же замерзает и спаивает таким образом осколки льда в один сплошной кусок.

Вы можете проверить эту теорию на следующем красивом опыте. Выберите ледяной брусок, обоприте его концы на края двух табуреток (или каким-нибудь другим способом, это безразлично) и перекиньте поперек него петлю из стальной проволоки примерно в аршин [8] длины; толщина проволоки – полмиллиметра или немного меньше. К концу проволоки привесьте пару утюгов или какую-нибудь другую тяжелую вещь, весом фунтов [9] 25. Вы увидите, что проволока врежется в лед, медленно пройдет через весь брусок, но… брусок не распадается. Берите его смело в руки: он совершенно цел, как будто его и не разрезали!

Разгадка в том, что под давлением проволоки лед таял; но вода, перейдя поверх проволоки и освободившись там от давления, тотчас замерзала, и, пока проволока «резала» нижние слои, верхние снова смерзались.

Лед – единственное тело в природе, с которым возможно проделать подобный опыт. Оттого-то по льду можно ездить на санях и кататься на коньках. Когда конькобежец опирается весом своего тела на коньки, лед под этим давлением тает (если мороз не слишком силен), и конек скользит; но, переходя на другое место, конек и здесь вызывает таяние. Словом, куда ни ступит нога конькобежца, всюду она превращает тонкий слой льда под сталью конька в воду, которая, освободившись от давления, вновь замерзает.

19. Передача звука

Случалось ли вам наблюдать издали за дровосеком, рубящим дерево? Или, быть может, вы видели когда-нибудь, как вдали от вас работает плотник, вколачивая гвозди? Если да, то вы могли заметить при этом явление, очень странное на первый взгляд: удар раздавался не тогда, когда топор врезался в ствол дерева или когда молот ударял по шляпке гвоздя, – а позже, когда топор или молот уже подняты в воздух.

Если вам придется еще раз наблюдать это любопытное явление, воспользуйтесь им, чтобы простым опытом подготовить его разгадку. А именно, отойдите на некоторое расстояние назад или продвиньтесь вперед: после нескольких проб вы найдете такое место, при наблюдении из которого звуки топора или молота как раз совпадают с моментами видимого удара. Возвратитесь тогда на прежнее место – снова станет заметно несовпадение звуков с ударами.

Теперь, вероятно, вам уже легко догадаться, в чем причина этих загадочных явлений. Звук требует некоторого времени, чтобы пройти от места своего возникновения до вашего уха; свет же пробегает это расстояние почти мгновенно. И может случиться, что, пока звук странствует через воздух к вашему уху, топор или молот успели уже подняться для нового удара; тогда глаз увидит не то, что воспринимается ухом: вам покажется, что звук совпадает не с опусканием, а с поднятием инструмента. Но если вы отойдете назад или подвинетесь вперед как раз на такое расстояние, которое пробегается звуком за время одного взмаха топора, то к моменту достижения звуком вашего уха топор снова успеет опуститься; тогда, конечно, вы увидите и услышите удар одновременно, – но только это будут разные удары: с видимым сейчас ударом совпадает звук прошлого удара.