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

26
Кристаллы на дому

Для опыта нам потребуются:банка, соль.

Превращения вещества из жидкого в твердое, из газа в жидкость очень часты. Мы просто не привыкли это замечать. Между тем мы можем легко наблюдать очень интересное явление – выпадение вещества из раствора, где оно пребывает в жидком состоянии, в твердое вещество.

Возьми небольшую банку, налей в нее горячей воды и раствори в ней столько соли, сколько будет размешиваться. Надо, чтобы на дне оставалось немного крупинок соли, которые уже не будут больше растворяться.

Поставь эту баночку на подоконник и наблюдай за ней несколько недель. Конечно, не все время, а так – подходи раз в день и смотри.

Уверяю тебя, изменения, происходящие в этой банке, тебя порадуют. Я вот не буду ничего дальше рассказывать, посмотри сам, что получится. Просто есть некоторые опыты, которые надо не рассказывать, а наблюдать.

А после того, как ты понаблюдаешь за опытом, ты можешь вспомнить, где еще в жизни мы встречаем это явление. Например, в банках с прошлогодним вареньем, где кристаллы сахара выпадают из раствора и образуют корки и комки внутри банки!

Подробнее о кристаллах рассказывается в опыте 57 «Как делают драгоценности».

Практический совет:не оставляй слишком долго банки с вареньем несъеденными – все равно засахарится. Кушай, пока свежее!

27
Эмульсии – что это такое?

Для опыта нам потребуются:миска с водой, кусок газеты, подсолнечное масло.

Мы видели, что одни вещества могут растворяться в других. Но бывает, вещества находятся в жидком состоянии, но не растворяются друг в друге. Самый простой пример – наваристый куриный бульон.

Приглядись к поверхности обычного куриного бульона (только не из бульонных кубиков, ради бога, а из обычной курицы!). Ты увидишь, как по поверхности плавают аккуратные круглые жирные пятна. С этими пятнами можно провести много интересных наблюдений.

Чтобы опыт не зависел от кулинарии, возьмем любую миску, нальем воды и капнем несколько капель обычного подсолнечного масла. Я еще положил на дно газету и прижал ее вилкой. Чтобы было видно, увеличивается текст или нет.

Вот такая миска, и на дне газета. А сверху плавают капельки масла.

Если посмотреть на увеличенный фрагмент, то мы увидим линзу-жиринку.

На фотографии видно, что капелька принимает абсолютно круглую форму и увеличивает изображение!

Ну, скажем, задумывался ли ты, почему они все круглые? Вот специально нарисовать ровный круг вряд ли получится без циркуля. А жир берет – и становится ровным кружком без всяких усилий!

Кстати, капля росы на бархатной поверхности листка тоже старается принять форму шарика. Круг или шарик получаются автоматически, здесь действуют те же силы, что «удерживают» муравья в капле воды или помогают жуку-плавунцу бежать по поверхности озера. Если мы посмотрим на схему, станет понятно. В невесомости жидкость принимает форму шара. Стягивающие поверхность силы натяжения стараются занять как можно меньшую поверхность. А из геометрии мы знаем, что из всех поверхностей при одной и той же площади шаровая занимает минимум места. Поэтому и жидкость становится шариком. А вот когда капля попадает под действие силы тяжести (плавая в другой жидкости), то она сплющивается под собственным весом и из шарика становится линзой! Мы смотрим на сплющенный шарик сверху и видим, что он, во-первых, абсолютно круглый, и, во-вторых, увеличивает изображение.

А как же ему не быть круглым, когда его «рисуют» законы физики!

Смесь жидкостей, которые не растворяются друг в друге, называется эмульсией. Например, вода и керосин или вода и бензин, куриный бульон и жир – это все эмульсии. Если взять две нерастворяющиеся друг в друге жидкости и хорошо их размешать, то жидкости превратятся в смесь мелких шариков. Из таких шариков состоит, например, молоко. Если же эмульсию оставить в покое на некоторое время, смеси опять будут разделяться. Одна жидкость, полегче (в курином бульоне это жир), будет всплывать наверх.

Мы еще поставим опыт, чтобы лучше рассмотреть это явление.

Если взять молоко прямо от коровы и поставить его в банке на ночь в прохладное место, то молоко разделится на более жирные сливки, которые всплывут вверх, и на обезжиренное (или, как говорят в деревне, снятое) молоко. Здесь действуют те же силы и законы.

28
Кильватерный след

Для опыта нам потребуются:банка, спичка или зубочистка, подсолнечное масло, зеленка.

Кильватерный след – это след, который оставляет за собой корабль. Если смотреть на морской залив с горы, то за каждым кораблем будет виден длинный след. Можем ли мы, используя свойство эмульсий не растворяться друг в друге, построить маленькую модель океана и кильватерного следа?

Запросто. Возьми любую банку, вымой ее тщательно и налей почти до краев обычной холодной воды.

Теперь окуни спичку или палец в подсолнечное масло и капни аккуратно с небольшой высоты маслом в банку. Капля масла (более жирного и легкого, чем вода) не растворится в воде, а растечется кружком. Поставь банку перед окном или лампой, чтобы видеть отражение лампы или окна в поверхности, – так лучше наблюдать за каплей.

Возьми острую палочку (зубочистку, заостренную спичку) и аккуратно потыкай в масляную каплю. Ты увидишь, что на ней образуются маленькие круглые дырочки. Еще дырочки возникают сами собой от пузырьков, поднимающихся из глубины банки.

Если теперь провести вдоль капли кончиком спички или палочки (будто корабль прошел по морю), то ты увидишь, что за спичкой остается след с завихрениями. Этот след очень точно похож на след от настоящего океанского корабля. Проведи так много раз – каждый раз будешь видеть след за «кораблем».

Теперь можно попробовать увидеть следы не только на поверхности, но и в глубине. Возьми обыкновенную зеленку и капни сверху в банку, прямо в масляную каплю. Во-первых, ты увидишь, как зеленка сразу «вскипит». Это спирт из зеленки растворяется в воде – и довольно красиво. Зеленка «повиснет» у поверхности банки, а мы точно так же проведем спичкой вдоль поверхности, глядя на нее сверху. Ты заметишь, что в глубине за спичкой тоже бегут вихри, маленькие зеленые смерчи.

Оказывается, во всех жидкостях и газах, в воздухе и воде, за быстро летящими или плывущими предметами (самолетами, лодками) образуются такие вихри.

Понаблюдай за машиной, проезжающей по пыльной дороге, – ты увидишь, что наш опыт довольно точно создает такие же вихри.

Только одна просьба – подкрашенную зеленкой воду выливай аккуратно, потому что зеленка может закрасить тебе всю раковину!

29
Хрупкость и ковкость

Для опыта нам потребуются:кусочек медной проволоки, обычный гвоздь, кусочек стальной проволоки или толстая иголка, кусочек алюминиевой проволоки, молоток.

Перейдем к металлам. Металлы окружают нас сегодня со всех сторон. Алюминий, железо, олово, свинец, серебро, золото, чугун… Знакомые названия. А вот еще несколько веков назад металлы были очень редки, и даже обычное железо было очень дорогим. Профессия же кузнеца казалась чуть ли не колдовством.

Мы заинтересуемся одним общим свойством металлов: ковкостью. Оказывается, металл от металла отличается по тому, насколько легко его ковать, изменять его форму ударами молотка или специального пресса.

Для этого опыта будут нужны кусочки металлов или проволока. Попроси у папы кусочки медной, стальной, алюминиевой проволоки. Железную проволоку нам может заменить обычный гвоздь – гвозди делаются из мягкого железа. Стальную проволоку (если не найдешь) заменит толстая иголка. Ну уж медную-то проволоку всегда можно вытащить из обрезка провода. Только запомни раз и навсегда: никогда не бери в руки провода на улице – неважно, торчат они из земли или просто валяются. Другой конец провода может быть присоединен к электричеству, и ты можешь серьезно пострадать от удара током!

Возьми молоток, положи куски проволоки на толстый кусок металла (можно найти при желании) и бей примерно с одинаковой силой по ним по очереди. Ты заметишь, что медная проволока расплющивается легче всего, гвоздь тоже довольно легко теряет форму. А вот иголку расплющить не так-то просто.

Значит, металлы отличаются друг от друга. И для человека это различие важно. Потому что мягкие металлы (золото, серебро, медь, свинец) легко обрабатывать. Зато твердые металлы (сталь, вольфрам, молибден) дольше служат.

30
Измеритель твердости на пальце

Для опыта нам потребуются:кусочек обычного бутылочного стекла, алюминиевая вилка, стальная вилка, зеркальце, шило или толстая иголка.

Мы уже познакомились с твердостью металлов. Все материалы на свете обладают той или иной твердостью. Но, например, у нас есть предмет из незнакомого материала. Как определить его твердость? Если по всем предметам колотить молотком, то, пожалуй, немного у нас этих предметов останется!

Мы попробуем другой опыт, который поможет нам сравнивать твердость материалов без всяких лабораторных приборов.

Найди на улице кусочек обычного бутылочного стекла. Аккуратно, чтобы не порезаться, заверни его в листок бумаги и принеси домой. Возьми старую алюминиевую вилку и шило или железную иголку, небольшое старое зеркальце, стальную вилку.

Теперь давай ставить опыт. Возьми кусочек стекла и попробуй провести небольшую царапину на алюминиевой вилке, на ногте своего большого пальца руки, на зеркальце. Попробуй теперь алюминиевой вилкой поцарапать на куске бутылочного стекла, зеркальце, ногте. Теперь шилом – то же самое.

Ты заметишь, что некоторые материалы оставляют царапины на других, а некоторые нет, зато сами царапаются. Мягче всего, конечно, ноготь. А тверже всего – шило. Стекло царапает на ногте, но не может процарапать металл стальной вилки. Стальная вилка явно тверже алюминиевой, потому что шило оставляет в алюминии достаточно глубокую царапину, а по стальной вилке только скользит.

Настоящие ученые именно так и определяют твердость материала в своих лабораториях. Они или вдавливают в поверхность материала специальный шарик и измеряют глубину ямки от шарика, или царапают поверхность.

Теперь ты можешь отличить поддельный драгоценный камень от настоящего. Если настоящим камнем (алмазом, например) провести по стеклу, то он оставит царапину. А вот поддельная стекляшка, конечно же, как она ни сверкай, царапины не оставит.

Так можно использовать знания физики, чтобы тебя не обманули!

31
Еще о силах поверхностного натяжения, или Как носить воду в решете

Для опыта нам потребуются:

чайное ситечко, подсолнечное масло.

Помните, я рассказывал, как муравей не может преодолеть силы натяжения жидкости и «вязнет» в обычной капле. А насколько велики эти силы на самом деле? Давайте проделаем следующий опыт. Нам понадобится подсолнечное масло и ситечко для процеживания чая. Оно обычно сделано в форме полукруглой сеточки с частыми ячейками. Через эти ячейки вода протекает свободно, а чаинки застревают и их можно выбросить.

Сухое ситечко надо густо намазать подсолнечным маслом. Потом взять чайную ложечку и аккуратно, не касаясь пальцами сеточки, начать подливать воду в ситечко. Вы увидите, что вода не вытекает! Несмотря на то что в ситечке есть дырочки, вода не может проскочить через дырочки.

Силы поверхностного натяжения держат воду в виде капелек между жирными металлическими проволочками

32
Почему полз ледник

Для опыта нам потребуется:зонтик.

Для этого опыта нам понадобится зонтик и несколько капель воды. А также несколько минут, чтобы разобраться с одной очень интересной теорией. В России почти два столетия назад жил человек по фамилии Кропоткин. Он получил очень хорошее техническое и военное образование и остался в истории как человек, разработавший идеи анархизма.

Но П.А. Кропоткин был еще и серьезным ученым. Он пытался ответить на довольно сложные вопросы строения и происхождения нашей Земли, как образуются горы и возникают моря… Одним из очень важных вопросов был вопрос о происхождении так называемых моренных гряд. Что это такое?

На необъятных просторах нашей Родины в полях можно обнаружить огромные камни, валуны, которые лежат как бы грядами. Словно какой-то гигант сложил ряды из этих многотонных валунов. Происхождение таких гряд на плоской равнинной территории представляло загадку для ученых. Что это? Остатки гор или холмов? Нет, ведь вокруг – твердое плато, огромная «каменная спина», и гор на ней быть не могло.

Кропоткин предложил довольно интересную теорию. На Крайнем Севере существует толстая шапка льда, намерзшей воды, – ледники. Эти ледники не стоят на месте, они ползут. Правда, очень медленно, по нескольку сантиметров в сутки, но за сотни тысяч лет могут покрыть большие расстояния, в тысячи километров. Если ледник в сутки проползает десять сантиметров, то за десять тысяч лет он проползет уже около сорока тысяч километров, то есть обернется вокруг Земли! На самом деле лед, конечно, тает по дороге, но все-таки может покрывать расстояния в тысячи километров за достаточно длительное время.

Вот при своем движении лед «сгребал» камни по пути, а в тех местах, где края ледника остановились и потом растаяли, камни легли грядами, как водоросли и мусор ложатся в линию после того, как схлынет принесшая их волна. Но что же приводит лед в движение? Почему он двигается? Тут действуют две силы. На полярную шапку все время «намерзает» новый лед, который давит вниз и во все стороны и выдавливает края ледника, толкает их вниз, к экватору. С другой стороны, давайте не забывать, что Земля вертится. И это означает, что на все предметы действует так называемая центробежная сила.

Теперь – опыт. Давайте представим, что обычный зонтик – это северная часть Земли, Северное полушарие. Раскроем зонтик и поставим вертикально. Теперь пусть кто-нибудь капнет каплю воды недалеко от вершины зонтика. Капля будет «стоять» на месте: на самой вершине зонтик почти плоский, капля не скатывается вниз. Но стоит нам раскрутить зонтик – как капля поползет к краю!

В старой книге Перельмана этот опыт тоже дается – для изучения центробежной силы. Только там в перевернутый зонтик кидается мячик. Если зонтик закрутить, то мячик выскакивает. Тоже интересно!

Более того, мы увидим, что след от капли дает нам кривую линию, то есть капля ползет «вниз и вбок». Это действует еще одна сила, сила Кориолиса. Был такой ученый, который обнаружил действие этой силы, – поэтому ей дали его имя.

То есть на ледяные горы действует сила, которая сдвигает их к экватору, в более теплые места. Так что, может быть, Кропоткин был и прав со своей теорией ледника!

Правда, есть еще одна теория, не менее изящная. Согласно этой теории на месте нашей страны до Уральских гор простиралось холодное море. Ледяные глыбы откалывались от полярной шапки, падали в это море и плыли до другого берега – как раз где-то у Самары… И несли с собой скальные куски с севера, которые набирали еще в самом начале. Достигнув берега, они таяли и оставляли камни грядами. Правда красивая теория? Ученые не могут до сих пор выбрать, какая из теорий «правильная», но это и не так важно. Зато мы познакомились с силами, действующими на каждого из нас, – хоть мы их и не замечаем.

Есть еще одно интересное наблюдение, связанное с этими силами, в первую очередь с силой Кориолиса. На нашей территории практически все реки текут с севера на юг, и, кроме того, западные берега, как правило, круче, чем восточные. Это потому, что под действием силы Кориолиса реки отклоняются на запад и подмывают западные берега. Таким образом, находясь у речки, вы чаще всего можете воспользоваться ей как компасом – указателем. Если высокий берег от вас справа, значит, вы стоите лицом на юг! Понятно, что реки петляют, поэтому лучше выбрать относительно прямой участок реки. Но зато теперь знание физических сил поможет вам ориентироваться в походах.

33
Очки без стекол, или Прицел из руки

Для опыта нам потребуется:кусочек фольги с проколотой дырочкой.

Вообще, знание законов физики иногда помогает создать прибор не просто голыми руками, а буквально из голых рук. Не верите? Хм, давайте попробуем. Помой чисто руки. Вытри их насухо. Для опыта это не нужно, но лучше всегда начинать думать с чистыми руками. Помогает, честное слово.

Знаешь, как американцы показывают знак «ОК», то есть «все в порядке»? Они делают колечко из большого и указательного пальцев. А если сложить указательный и большой пальцы в кольцо так, чтобы осталась очень маленькая, просто малюсенькая дырочка – с булавочную головку, то получится оптический прибор.

Поверишь ли, если смотреть через эту дырочку на ярко освещенный предмет, то человек с плохим зрением видит предмет более резко.

Вот вам и прибор из голых рук. Прибор называется диоптрическим прицелом. На некоторых винтовках вместо прицела ставят металлическую пластинку, в которой проделана очень маленькая дырочка. Эта дырочка позволяет резко видеть и мушку винтовки, и цель.

Поскольку дырочка пропускает очень мало света, надо, чтобы освещение во время опыта было достаточно ярким. Можно взять кусочек обычной фольги, в которую заворачивают продукты, проколоть в ней иголкой дырочку и рассматривать предметы через эту дырочку. Действительно, предметы становятся резкими и вблизи и далеко – одновременно! Так происходит из-за оптического явления, называемого дифракцией. Обычная дырочка работает как линза. Световые волны, проходящие через нее, изменяют свой путь и фокусируются. На заре фотографии этим пользовались, первые фотографические камеры представляли собой обычные ящики. В этом ящике в одной из стенок была проделана маленькая дырочка, а стеклянная пластинка с реагирующей на свет эмульсией ставилась у стенки напротив. Из-за того что дырочка пропускала мало света, приходилось долго ждать, пока свет подействует на пластинку, – иногда по полчаса. Но это было уже почти сто пятьдесят лет назад.

Вот такие очки без стекол.

34
Телевизор через дырочку
(продолжение)

Если взять наш кусочек фольги с проколотой дырочкой, то можно проделать еще один опыт. Если мы попробуем поднести страницу книги прямо к глазу, то ничего прочитать не сможем. Все будет расплываться. Удобное расстояние для чтения при нормальном зрении – около 25 – 30 сантиметров.

Возьмем наш кусочек фольги и попробуем через дырочку прочитать текст, который мы поднесем очень близко, на пару сантиметров к глазам. Напоминаю, освещение должно быть достаточно ярким.

Мы заметим, что дырочка позволяет нам читать текст, буквы не расплываются! Мало того, буквы кажутся увеличенными, словно мы смотрим на них через увеличительное стекло.

Так работают наши забавные очки. Они помогут нам по-другому взглянуть на некоторые окружающие нас предметы. Подойдем к телевизору вплотную и посмотрим через дырочку на экран телевизора с расстояния один-два сантиметра. Что мы видим?

Экран телевизора, оказывается, состоит из целого ряда отдельных прямоугольничков, каждый из которых меняет свой цвет. Держа фольгу с дырочкой на расстоянии одного-двух сантиметров от экрана, начнем отодвигать глаз от фольги. Мы увидим, что прямоугольнички увеличиваются, наша дырочка работает как самая настоящая линза. Можно разглядеть, как изменяют цвета отдельные ячейки телевизора!

Конечно, когда мы смотрим с большого расстояния, все эти отдельные прямоугольнички сливаются, и мы видим только одно общее изображение. А вот с линзой из фольги мы сумели рассмотреть отдельные элементы экрана.

35
Свет гнет предметы?

Для опыта нам потребуется:обычная длинная линейка.

Кстати, о телевизоре. Мы можем наблюдать перед телевизором интересный обман зрения. Возьми длинный предмет – например, обычную линейку. Выключи в комнате свет и перед экраном включенного телевизора помаши быстро туда-сюда. Лучше всего махать по диагонали, «наискосок». Ты обязательно увидишь, что линейка словно ломается, изгибается!

На самом деле это не линейка ломается и гнется, а наш глаз обманывается. Дело в том, что телевизор строит изображение не сразу, а из небольших кусочков, по точкам. Световой луч бежит по строке экрана, потом перепрыгивает вниз на следующую строчку, и так далее, пока не построит целый кадр. Затем все начинается сначала. Мы этого не замечаем, потому что все происходит очень и очень быстро.

Но когда линейка или указка быстро передвигается перед экраном, она освещается сзади лучом неравномерно. И глаз видит не прямую линейку, а линейку, как бы составленную из кусочков – каждый кусочек виден от линейки в разном положении.

Неважно, машем мы линейкой вправо-влево перед цветным или черно-белым телевизором. Ведь главную роль тут играет «развертка» по кадрам. Электронный луч в кинескопе, то есть в телевизионной трубке, бегает слева-направо и сверху-вниз, освещая с огромной скоростью по очереди разные участки экрана. Поэтому, пока линейка перемещается вдоль экрана, она освещается на разных участках лучом и для глаза оказывается как бы изогнутой.

На дискотеках такое явление применяют для развлечения. В темноте быстро вспыхивает яркая лампа, и люди кажутся «дергающимися», словно все движения распадаются на отдельные части. Просто лампа выхватывает лишь отдельные моменты из слитного, непрерывного движения – и глаз обманывается.