Текст книги "Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей"

Автор книги: Александр Дмитриев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 13 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

19
Свистящая трава

Для опыта нам потребуются:ровная широкая травинка или узкая длинная полоска бумаги.

Если уж зашла речь про свист, посмотрим, как можно еще использовать колебания воздуха для получения громких звуков. Сорви ровную широкую травинку (будь осторожен – в наших краях растет осока, которой можно сильно порезать пальцы). Зажми травинку между большими пальцами рук, так чтобы оба ногтя располагались рядом и «смотрели» прямо на тебя. Травинка должна лежать между пальцами и быть слегка натянутой. Ты увидишь, что между пальцами образуется щель, которую разделяет травинка.

Поднеси теперь к этой щели губы и сильно дунь. Если тебе удастся натянуть травинку, слегка выпрямив пальцы, то ты услышишь сильный и довольно противный звук. Вроде как кошку ошпарили.

Наши старые знакомые, колебания, возникают от завихрений воздуха вокруг травинки – и мы слышим их как звук.

У меня получалось пищать даже через узкую и длинную полоску бумаги!

На фотографии видно, как зажимать полоску бумаги или травинку. Поэкспериментируйте с разными материалами. Главное, чтобы эта полоска была достаточно сильно натянута. Если сильно-сильно дунуть в щель между пальцами, полоска начнет вибрировать и издавать нужный звук.

20
Телефон из трубы или веревки

Для опыта нам потребуются:две пустые коробочки из-под йогурта, шило, две спички или зубочистки, длинная нитка.

Еще одно интересное свойство любых волн, над которым стоит задуматься: в разных веществах скорость волны изменяется. Например, звуковая волна в воздухе бежит со скоростью примерно 330 метров в секунду.

Но вот в воде звуковая волна бежит в несколько сотен раз быстрее, потому что вода – более плотная, чем воздух. Вообще, чем плотнее вещество, тем быстрее и дальше бежит по нему волна. Именно поэтому индейцы «слушали» землю, чтобы определить приближение стада бизонов или другого отряда индейцев. Топот копыт по земле передается дальше и лучше слышен, чем по воздуху.

Мы используем это свойство волн для того, чтобы сделать самодельный телефон из толстой нитки и двух пустых легких коробочек из-под йогурта.

Возьми две спички, проделай в дне каждой коробочки небольшую дырочку шилом, просунь туда длинную нитку и привяжи спичку так, чтобы она держала нитку и не давала ей выскочить наружу. Получится примерно как на рисунке.

На фотографии я показал, как привязывать нитку. Вместо спички я использовал зубочистку. Это неважно. Нужна просто палочка.

На этой фотографии видно, как в широкую пластиковую бутылку с отрезанным горлышком (я использовал ее вместо спичечного коробка) вставлена зубочистка с ниточкой. Ниточка выходит через дно наружу.

Когда мы соединим таким образом две коробочки из-под йогурта прочной ниткой, то получим две «телефонные трубки» и «телефонный провод». Можно взять любую другую коробочку. Она работает как усилитель звука, резонатор.

Теперь надо выйти на открытое пространство (во двор, на луг) и встать так, чтобы нитка была натянутой. Не обязательно натягивать ее очень сильно (а то можно порвать) – главное, чтобы нитка не касалась никаких предметов – травы, кустов, забора… Если теперь говорить в одну коробочку негромко, то из другой коробочки будет слышен звук. Мне удавалось передавать сообщение на 100 метров при сильном ветре, когда даже крика моего товарища не было слышно просто по воздуху!

Все дело в том, что нитка играет роль «волновода», и волна по материалу более плотному, чем воздух, пробегает быстрее и лучше. Повторюсь, что особенно заметно, как хорошо работает телефон на воздухе во время ветра. Ветер заглушает слова и сносит крики – а телефон работает.

Практический совет:если тебе надо привлечь к себе внимание, используй свойства звуковых волн, о которых мы рассказали. Например, если в лесу бить палкой по лежащему бревну, звук разносится очень далеко, дальше, чем крик. Этим пользовались африканские племена, передавая свои сообщения. Ударять надо так, чтобы люди поняли: это не просто стук, а призыв о помощи. Самым простым кодом будет сигнал SOS – это три коротких удара, три долгих и снова три коротких. Вот так: бум-бум-бум… бум… бум… бум… бум-бум-бум. Этот сигнал надо знать всем!

21
Гравирование йодом

Для опыта нам потребуются:кусок железа с гладкой поверхностью (например, старый ножик или ненужная металлическая деталь), иголка или шило, йод, свечка.

Все волны да волны – попробуем отвлечься и заняться чем-нибудь любопытным и безопасным. Например, гравированием по металлу. Что такое гравирование? Это получение надписей на твердом материале. Например, мы хотим пометить ключи своими инициалами.

Для этого опыта нам не понадобятся сложные инструменты. Нужен лишь пузырек с йодом да стеариновая свечка. Возьми для начала ненужный кусок железа с гладкой поверхностью. Можно взять старый ножик, например, или просто ненужную металлическую деталь. Подложи под кусок металла фанерку, чтобы не попортить стол. Этот опыт лучше делать с мамой или папой, потому что нужно будет зажигать свечку. Зажги свечку и накапай стеарином на поверхность металла тонкий слой. Нам нужно сделать так, чтобы йод попадал не везде, а только туда, куда мы захотим. Дай стеарину остыть и процарапай любым острым предметом (иголкой, кончиком ножа) буквы, черточки, кружочки – все что угодно – на поверхности стеарина до самого металла.

Теперь капни йод на процарапанные надписи или рисунки. Смотри, через несколько минут йод посветлеет. Он вбирает в себя металл, железо, растворяя его. Промокни аккуратно посветлевший йод ваткой (ватку потом надо будет выкинуть) и капни снова свежую порцию йода на это же место. Так надо продолжать довольно долго, час или больше, обновляя йод через каждые 10 – 15 минут. Когда ты затем отчистишь металл от стеарина, то увидишь, что йод прогрыз в металле углубления в тех местах, куда попал!

Одно плохо, местами йод будет затекать под стеарин, и надписи получатся не очень красивыми. Но ведь для нас главное – узнать новое. А если ты захочешь сделать красивые надписи, металл надо сначала покрыть более прочным лаком (я пробовал лак для ногтей, получается лучше) и процарапывать надписи по лаку.

Оказывается, одни вещества могут «съедать» другие, а люди могут это использовать в своих целях. Я себе пометил все ключи своими инициалами и теперь сразу отличаю их от ключей моих детей или моей жены. Очень полезно.

Практический совет:работая с любыми неизвестными веществами, будь очень осторожен. Ведь если обычный йод может прогрызть металл, кто знает, что случится, если на кожу попадет неизвестное вещество!

22
Радуга на тонких пленках

Для опыта нам потребуются:блюдечко, мыльный раствор, трубочка или рамка для выдувания мыльных пузырей.

Обращал ли мой пытливый читатель внимание на радужные пятна, которые получаются на лужах от бензина? Интересно, почему возникает такое разноцветное великолепие из соединения довольно грязной воды и бензина?

Оказывается, все дело в толщине слоя бензина. Бензин (если его немного) растекается по поверхности воды невероятно тонким слоем, таким, что не измерить его толщину ни одной линейкой. Даже световая волна успевает сделать всего несколько колебаний, пока пробегает этот слой. И вот что получается: свет проникает через сверхтонкую бензиновую пленку, а затем бежит дальше, в воду. Но часть света отражается от поверхности воды и «вырывается» обратно, наружу, навстречу световому потоку. При этом световые волны, «вбегающие» в бензин и «выбегающие» из него, складываются и вычитаются, совсем как арифметические числа. Представить это трудно, но мы просто запомним.

В результате этих сложений и вычитаний (которые ученые называют красивым словом «интерференция») часть цветов может пропасть, и останется только один цвет, например красный или синий.

Ведь мы не задумывались, что обычный белый цвет содержит в себе все цвета радуги. И вот, оказывается, обычная тонкая пленка бензина может «извлекать» из смешения всех цветов тот или другой цвет!

Ученые используют это явление для измерения толщины сверхтонких материалов. Они могут подсчитать, насколько изменилась толщина пленки, через которую прошел и отразился свет, в зависимости от изменения цветов на поверхности пленки. Так что бессмысленные радужные пятна на луже скрывают очень интересное и полезное явление.

Где еще можно встретить это явление? Да в любом доме. Возьми любой фотоаппарат с хорошим объективом и посмотри на стекло объектива внимательно. Ты увидишь, что предметы, отражающиеся в объективе, меняют свой цвет, становятся красноватыми или синеватыми. Дело в том, что ученые придумали, как нанести на стекло пленку специального материала такой толщины, чтобы свет при всех «сложениях» и «вычитаниях» почти не отражался от стекла, а весь проходил внутрь фотоаппарата. Это же свойство используют астрономы для своих телескопов.

А мы можем понаблюдать сверхтонкие пленки на обычных мыльных пузырях. Проделаем простой опыт.

Возьми блюдечко, сделай мыльный раствор (или просто добавь в воду моющего средства и размешай) и выдуй мыльный пузырь через трубочку. Отлично подходит средство для мытья посуды типа «Фейри». Если ты приглядишься, то увидишь, что пузырь переливается всеми цветами радуги. Происходит то же отражение света, что и в пленке бензина, потому что толщина мыльного пузыря просто ничтожна. Если наблюдать за спокойно сидящим на блюдце пузырем (блюдце должно быть смочено мыльным раствором, тогда пузырь не сразу лопнет), то мы заметим следующие явления.

На фотографии пузыри на тарелке. Видно, что в отражениях блестит радуга.

Сначала пузырь будет не очень «разноцветным», потом с него будут как бы «стекать» цветовые пятна. Если на пузырь аккуратно подуть, то эти пятна будут завихряться, как вода в бурунах.

Это происходит потому, что изменяется толщина стенок пузыря. Мыльный раствор под действием притяжения Земли стекает вниз, пузырь становится тоньше сверху, и, соответственно, «стекают» цвета. Когда же мы дуем на пузырь, мы «гоним волну» по жидкости, а вместе с волной бегут и цветовые пятна. А почему радуга зависит от толщины пленки, мы еще узнаем, если будем читать книгу дальше. Кстати, чтобы пузыри подольше не лопались, можно добавить в раствор глицерина. Его свободно продают в аптеках, и стоит он недорого.

Вот как много красивого и увлекательного могут показать нам обычные тонкие пленки.

Практический совет:если у тебя есть младший брат или сестренка, поиграй с ним в мыльные пузыри. Это очень увлекательно и безопасно. И удовольствие получите оба!

23
Вызывающие дождь

Думаю, пора снова немного отвлечься и заняться чем-нибудь менее напряженным для мозгов. Давайте посмотрим, как древние мексиканские индейцы использовали сразу несколько физических явлений для того, чтобы сделать магический прибор – посох, вызывающий дождь.

Если вам доведется побывать в далекой Мексике и посетить деревню, где живут настоящие горбоносые и гордые индейцы, то вы можете увидеть интересные посохи из толстых бамбуковых трубок, украшенные с концов разноцветными перьями. Посохи эти ничем не отличаются от простых разукрашенных палок – пока их не возьмешь в руки и не перевернешь кверху ногами. Тогда неожиданно внутри посоха раздается шум льющегося тропического ливня, неожиданно громкий и отчетливый. И шум этот длится очень долго, многие минуты – пока вдруг не затихнет, совсем как настоящий тропический ливень. С помощью таких приборов древние индейцы вызывали во время религиозных обрядов дождь во времена великой засухи. Современные же индейцы продают эти посохи на сувениры туристам, да еще дают послушать детям, чтобы те крепче спали в своих гамаках.

Как же устроен такой посох? Оказывается, очень просто. Ствол бамбука внутри разделен перегородками и имеет отдельные камеры. Как на рисунке.

А вот на фотографии виден обычный бамбук, как его используют индейцы для своих шаманских изделий.

В бамбуковых рощах всегда водится много скорпионов, которые заползают в эти камеры через щели в старом бамбуке и живут в них. Кстати, бамбуковая беседка по-мексикански называется смешно и просто – «лапа-лапа». А любая бамбуковая роща, даже очень большая, на самом деле – это одно растение, которое умирает все сразу в один день.

Так вот, индейцы пробивают в перегородках небольшие дырочки и насыпают в бамбуковый ствол небольшие камушки, такие, чтобы проскакивали в дырочку. Концы ствола закрывают чем-нибудь. Если поставить такой ствол вертикально, то все камушки постепенно окажутся в нижней камере. Если теперь перевернуть посох, то камушки начнут постепенно пересыпаться из камеры в камеру, но не все сразу, а по очереди – ведь дырочка маленькая. И получится как бы ряд песочных часов, расположенных одни над другими. Шум падающих камушков усиливается за счет самих камер и очень напоминает шум дождя.

Какое же физическое явление использовали индейцы в этом магическом жезле-посохе? Оказывается, такое явление, как запаздывание. Это очень важное явление, которое вмешивается в работу многих приборов вокруг нас, в работу живых организмов, работу нашего зрения, слуха, – просто мы не обращаем на него достаточного внимания.

Посмотрите, что происходит внутри бамбуковой палки: мы перевернули палку, и, казалось бы, камушки должны просто упасть на дно. Но их задерживает первая перегородка. Пока они начинают просыпаться через первую маленькую дырочку, идет время. Только через какое-то время все они проскочат в следующую камеру. Правда, к этому времени первые камушки могут проскочить уже несколько камер, но все равно движение потока будет как бы замедленным, запаздывающим по сравнению с обычным потоком камней, падающим внутри длинной трубки без всяких перегородок.

Где еще мы встречаем явление запаздывания? В самых разных процессах вокруг нас. Эхо, про которое мы говорили раньше, – это запаздывание. Или, например, в гололед машины плохо поддаются управлению. Что это означает? То, что водитель уже повернул руль, а машина все еще продолжает ехать вперед и начнет поворачивать только через какое-то время. В этом случае запаздывание может привести к катастрофе и его обязательно нужно учитывать. Еще примеры? Часто в душе начинаешь делать воду погорячее, а она не делается. Крутишь, крутишь кран – и вдруг как ошпарит! Кто с этим не сталкивался хотя бы раз в своей жизни… Здесь тоже срабатывает запаздывание.

С этим явлением надо бороться аккуратно: во-первых, уменьшить скорость любых своих действий (например, ехать в автомобиле помедленнее или крутить кран медленно), а во-вторых, не делать сразу очень больших изменений в системе, т. е. поворачивать руль автомобиля на небольшой угол и кран поворачивать небольшими порциями.

Практический совет:тише едешь – дальше будешь.

24
Шифры и тайнопись

Для опыта нам потребуются:блюдечко с молоком, картофелина, одна головка лука, спичка, два листа обычной писчей бумаги, зеркало.

Сделаем прыжок в наших исследованиях – внедримся в зону шпионов, тайнописи, зашифрованных посланий и невидимых надписей. Есть такие явления, которые мы можем использовать для составления шифра, буквально не выходя из собственной кухни.

Начнем с самого простого. Возьми обычное молоко, налей его в блюдечко. Это будет наша чернильница. Деревянным концом спички на листе бумаги напиши любое послание. Чтобы спичка лучше «держала» молоко, можно слегка расщепить ее конец ножиком. Мы уже знаем, что сделанная нами трещина – это большой капилляр, который «втягивает» жидкость.

Высуши этот листок. Надпись молоком не видна. Можешь даже написать сверху что-нибудь шариковой ручкой. Это будет маскировка.

Если теперь прогладить его очень горячим утюгом (гладить надо тщательно, проводя несколько раз по одному и тому же месту, чтобы листок отлично прогрелся), то ты заметишь желтоватую надпись, проступающую на листке! Это проявилась наша тайнопись.

Я пробовал то же самое с луковым соком и с соком от сырой картошки. Сок добыть легко: потри картофелину на терке и отожми сок через тонкую чистую тряпочку. Лук я продавил через давилку для чеснока (не хотелось тереть – пришлось бы плакать). Надписи получились даже еще лучше, особенно от лукового сока.

А что делать, если у тебя под рукой только чистая вода? Можно ли сделать тайнопись, зашифровать свое послание, не имея под рукой никаких составов, кроме чистой воды?

Оказывается, можно! Возьми два листа обычной писчей бумаги – сгодятся и листы из тетради. Положи на стол зеркало, на зеркало два листа бумаги один на другой. Намочи их теперь обычной водой хорошенько и оставь минут на пять, чтобы листы пропитались.

Теперь по верхнему листу, сильно нажимая, шариковой ручкой напиши свое тайное послание. Нажимать надо сильно, чтобы текст продавился на нижнем листе бумаги.

Сухой тряпочкой промокни аккуратно воду, сними верхний лист и оставь нижний на зеркале сохнуть (чтобы он остался ровным). Лучше этот опыт делать вечером – за ночь лист высохнет совершенно и не будет мятым.

Утром сними лист с зеркала. Ты не увидишь на нем никаких надписей. Это будет просто обычный лист бумаги, не вызывающий подозрений. Но если теперь его намочить водой, то ты увидишь, как проявится тайная надпись – более темными буквами, водяными знаками!

Почему так происходит? Когда ты продавливаешь в листе бумаги канавки шариковой ручкой, меняются свойства самой бумаги. Волокна, из которых делают бумагу, сжимаются, начинают по-другому впитывать воду. Эти различия и проявляются потом при повторном намачивании.

25
Прибор из зеркала

Для опыта нам потребуется:обычное маленькое зеркальце.

Теперь попробуем поработать с газами. Большинство веществ в природе могут находиться в нескольких состояниях: быть твердыми, жидкими или превращаться в газ. Обычная вода может быть твердой (лед), жидкой (и тогда мы ее пьем) или превращаться в пар (тогда вода живет по законам газов).

Есть очень много полезных вещей, основанных на этом простом физическом явлении. Самый простой пример – отклеивание марок от конвертов. Любители собирать марки могут легко отделить марку, подержав ее над носиком кипящего чайника. Водяной пар (газ) равномерно оседает на холодном конверте, смачивает его тонким слоем, растворяет клей – и получите готовую марку!

Мы можем проверить, правда ли, что пар – это другое состояние воды. Поднеси к носику кипящего чайника холодную столовую ложку (остудив ее заранее в холодильнике). Только бери ложку тряпкой, чтобы случайно не обжечь руку.

Ты увидишь, как на ложке мгновенно образуются капли воды – выпадает роса.

Почему пар не выпадает росой или дождем просто так, но «выпадает» на ложке? Потому что, когда пар вылетает свободно в воздух, он расширяется, разлетается по всей комнате. При этом охлаждаясь, он слишком разрежен, чтобы выпасть росой. А ложка холодная, легко отнимает тепло у пара и резко охлаждает его, когда пар еще достаточно густой. Именно поэтому после захода солнца, когда воздух резко остывает, образуется туман (водяной пар, сгущающийся из воздуха), и на холодной траве выпадает роса. Поэтому у первых летчиков при дальних перелетах обмерзали крылья самолетов. Крыло самолета, пролетая через облако, «собирало» на себя росу из облачного пара, и вода, перейдя из газообразного состояния в жидкое, затем тут же охлаждалась еще больше и затвердевала льдом.

Ученые называют это состояние «точкой росы» – когда и пар достаточно густой, и температура достаточно низкая, чтобы из газа получилась жидкость.

Как использовать уже знакомое нам состояние «точки росы», когда газ превращается в воду, для пользы дела? Одним из наиболее известных аппаратов стал аппарат по перегонке воды, отделения воды от грязи, солей. Воду с примесями кипятят, а пар пропускают по холодной трубке. На стенках трубки пар оседает, и уже чистая вода капает из трубки. Так можно из морской воды получить пресную.

Мы же познакомимся с очень важным прибором, который может пригодиться в опасной ситуации. Если произошло несчастье, катастрофа и человек получил серьезные повреждения, то у врачей часто возникает необходимость понять – жив человек или нет. Если под рукой нет никаких приборов, а пульс не прощупывается, то может помочь обычное зеркальце.

Зеркальце подносят к губам человека, и если человек хотя бы очень слабо дышит, то на зеркальце образуется туманное пятно. Это газообразная вода, которая всегда есть в легких человека, охлаждается на зеркальце и оседает туманным пятном.

Ведь воздух в легких теплый, и, выходя наружу, он охлаждается на зеркальце точно так же, как выходящий из носика чайника пар охлаждался в нашем предыдущем опыте. Хотя человек холоднее чайника, система срабатывает точно по тем же законам. Так правильное применение знаний по физике может спасти человеку жизнь!

Кстати, вы не замечали, почему облака в жаркий летний день сверху кудрявые, а внизу – все словно ножом отрезанные на одной и той же высоте? Облака словно лежат на невидимом куполе. А ведь здесь все то же явление. Просто поднимающийся с земли водяной пар охлаждается по мере подъема. И в какой-то момент достигает такой высоты, что и его температура, и его «густота» достаточны для превращения в маленькие капельки воды. И образуется облако. Но ведь температура уменьшается с высотой примерно одинаково, поэтому облака образуются все на одной высоте. Высота облака и показывает нам «точку росы».

А вот то, что облака образуются над озерами, объясняется тем, что там испаряется больше пара и есть из чего образоваться облаку. Ведь важна не только температура, но и «густота», или, как говорят ученые, плотность пара.