Текст книги "Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное"

Автор книги: Анатолий Кондрашов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 36 страниц) [доступный отрывок для чтения: 13 страниц]

Почему чем глубже заходишь в воду, тем меньше камешки режут ступни ног?

«Виноват» в этом закон Архимеда, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость, со стороны этой жидкости действует сила, равная весу вытесненной телом жидкости и направленная вверх. Чем глубже заходишь в воду, тем больший объем ее вытесняется и тем меньше сила, с которой ноги давят на дно, а значит, и на острые камешки на нем.

В чем главная ошибка людей, оказавшихся в воде и не умеющих плавать?

Не умеющие плавать люди, упав в воду, часто делают роковую ошибку – поднимают руки из воды – и тем губят себя. Действие закона Архимеда приводит к тому, что всякая часть тела под водой легче, чем вне воды. Следовательно, держа руки над водой, утопающий увеличивает их вес, а значит, и вес всего своего тела, который и увлекает голову под воду. Берите пример с пловцов высокого класса. Они поднимают голову над водой только для вдоха, а выдох делают в воду, тем самым максимально увеличивая выталкивающую силу.

Может ли вода самопроизвольно подниматься вверх?

Обычно вода, подчиняясь силе тяжести, течет сверху вниз. Однако при определенных обстоятельствах она способна и самопроизвольно подниматься вверх. Если поместить достаточно тонкую трубку (например, соломинку) в сосуд с водой, уровень воды в трубке поднимется выше уровня воды в сосуде. Разница между уровнями воды в сосуде и в трубке будет тем больше, чем меньше внутренний диаметр трубки. Способность воды подниматься в трубке с достаточно узким каналом – один из примеров так называемых капиллярных явлений, благодаря которым растения способны доставлять воду из почвы к ветвям и листьям. Эти же явления помогают крови циркулировать в человеческом теле, особенно в капиллярах – мельчайших кровеносных и лимфатических сосудах.

Почему льющаяся струйка воды заметно сужается книзу?

Данный эффект обусловлен двумя причинами. Первая состоит в наличии сил межмолекулярного взаимодействия в жидкостях, вторая – в том, что свободное падение тел происходит с ускорением. Благодаря силам межмолекулярного взаимодействия льющаяся струйка остается неразрывной, вследствие чего в единицу времени через ее сечение внизу и вверху проходят одинаковые объемы воды. А поскольку скорость растет, диаметр струйки уменьшается.

Что такое фигуры Хладни?

Фигуры Хладни – это «акустические фигуры», образуемые скоплениями мелких частиц (например, сухого песка) вблизи узловых линий на поверхности колеблющейся пластинки или подобной ей механической системы. Названы они по имени обнаружившего их в 1787 году немецкого физика Эрнеста Хладни (1756–1827). В случае круглой пластинки узловые линии могут быть круговыми или радиальными. В случае прямоугольной или треугольной пластинки они имеют направление, параллельное сторонам или диагоналям. Меняя точки закрепления и места возбуждения, можно получить разнообразные фигуры, соответствующие различным собственным колебаниям пластинки. Фигуры Хладни применяются для изучения собственных частот диафрагм телефонов, микрофонов, громкоговорителей.

Кто и как впервые показал, что воздух имеет вес?

Первым это сделал великий итальянский физик, механик и астроном Галилео Галилей (1564–1642), причем двумя способами. В первом, качественном, эксперименте Галилей, достигнув термическим путем разрежения воздуха в колбе с длинным горлышком, тщательно закрытым пробкой, убедился, что если пустить этот сосуд плавать в воде, то он погружается меньше, чем в том случае, когда воздух не был разрежен. В других, количественных, экспериментах Галилей с помощью насоса закачивал во флягу избыточный воздух помимо обычно находящегося в ней и измерял увеличение веса фляги. С помощью остроумных уловок Галилей измерил объем воздуха, нагнетенного во флягу, и на основании этого результата определил отношение удельного веса воздуха к удельному весу воды. Он получил значение 1:400. Если сопоставить это значение с истинным (1:773) и учесть, какими средствами тогда располагал Галилей, то точность его измерений представляется замечательной.

Чем объясняется различие берегов рек, текущих в направлении меридиана?

Реки, текущие в направлении меридиана в Северном полушарии, подмывают правые берега, а в Южном – левые. Это явление впервые объяснил в 1857 году русский естествоиспытатель Карл Максимович Бэр (1792–1876). Кстати, по основной своей специальности он был не физиком, а биологом (его считают основателем эмбриологии.) Закон Бэра объясняет подмыв берегов рек влиянием суточного вращения Земли, вследствие которого на частицы речной воды действует ускорение Кориолиса, направленное вправо по отношению к скорости движения в Северном полушарии и влево – в Южном. Поскольку соответствующие берега препятствуют отклонению потока, река их подмывает. На экваторе ускорение Кориолиса равно нулю, а наибольшее его значение – у полюсов, поэтому закон Бэра сильнее сказывается в средних и высоких широтах. Действие закона прямо пропорционально массе движущейся воды и ясно заметно только в долинах крупных рек, почти не проявляясь на малых реках. Примером, подтверждающим закон Бэра, может служить строение берегов рек Днепра, Дона, Волги, Оби, Иртыша и Лены. Дунай и Нил также в большей части своего течения имеют высокий правый берег и низкий левый. В Южном полушарии реки с крутыми левыми берегами имеются в Новой Зеландии и в Южной Америке.

Насколько вес тела на экваторе Земли отличается от веса этого же тела на полюсах?

Вес любого физического тела зависит от того, на какой географической широте оно находится. Обусловлено это совместным действием двух факторов: несферичности (сплюснутости у полюсов) нашей планеты и ее суточным вращением. С увеличением географической широты основная составляющая веса (гравитационное притяжение, определяемое расстоянием между центрами масс Земли и взвешиваемого тела) увеличивается, а центробежный эффект, приводящий к снижению веса, уменьшается. Таким образом, любое тело имеет минимальный вес на экваторе, максимальный – на Северном полюсе (на Южном полюсе простирается возвышенность, а с удалением от центра Земли сила тяжести ослабевает). Разница между указанными минимальным и максимальным значениями веса тела составляет приблизительно 0,5 процента. Товар, весящий на экваторе тонну, прибавил бы в весе 5 килограммов, если бы его доставили на Северный полюс. При переносе вещей на полюс с других широт прибавка веса меньше, однако для крупных грузов она все же может выражаться внушительными числами. Так, груз морского судна, весящий в средних широтах 20 тысяч тонн, прибавил бы в весе 50 тонн, если бы это судно добралось до Северного полюса. Груз самолета, весящий в Москве 24 тонны, после посадки этого самолета на Северном полюсе стал бы тяжелее на 50 килограммов. Обнаружить такие «прибавки» можно только при помощи пружинных весов, потому что на весах рычажных гири тоже становятся соответственно тяжелее.

Что такое первая космическая скорость?

Первой космической называют минимальную скорость, которую нужно сообщить любому физическому телу (например, космическому аппарату), находящемуся в гравитационном поле небесного объекта (например, планеты или звезды), чтобы это тело стало спутником небесного объекта. На поверхности Земли (на уровне моря) первая космическая скорость равна 7,91 километра в секунду (при этом Земля считается абсолютно гладкой и лишенной атмосферы). С увеличением расстояния от притягивающего объекта первая космическая скорость уменьшается. Так, на высоте 300 километров над поверхностью Земли (уровнем моря) первая космическая скорость равна 7,73 километра в секунду, на высоте 1000 километров – 4,94 километра в секунду. Первая космическая скорость на поверхности Луны равна 1,68 километра в секунду.

Что такое вторая космическая скорость?

Минимальную скорость, которую нужно сообщить физическому телу (например, космическому аппарату), чтобы оно могло преодолеть гравитационное притяжение небесного объекта (например, планеты или звезды) и навсегда покинуть сферу его гравитационного действия, называют параболической скоростью (тело, имеющее такую скорость, движется по параболической траектории). Параболическая скорость уменьшается с увеличением расстояния от небесного объекта. Параболическую скорость у поверхности небесного объекта называют второй космической скоростью. Для Земли вторая космическая скорость равна 11,18 километра в секунду. Параболическая скорость на высоте 300 километров над поверхностью Земли (уровнем моря) равна 10,93 километра в секунду, на высоте 1000 километров – 6,98 километра в секунду. Для Солнца вторая космическая скорость равна 617,7 километра в секунду, а параболическая скорость на расстоянии 1 астрономической единицы от нашего светила (средний радиус земной орбиты) – 42,1 километра в секунду. Для самой большой планеты Солнечной системы (Юпитера) вторая космическая скорость равна 59,5 километра в секунду, для самой маленькой (Меркурия) – 4,2 километра в секунду.

Чему равна третья космическая скорость?

Третьей космической называют минимальную скорость, которую нужно сообщить телу (например, космическому аппарату) вблизи поверхности Земли, чтобы оно могло, преодолев гравитационное притяжение Земли и Солнца, навсегда покинуть Солнечную систему. Третья космическая скорость равна приблизительно 16,6 километра в секунду (при запуске на высоте 200 километров над земной поверхностью), при этом направление скорости тела относительно Земли должно совпадать с направлением скорости орбитального движения Земли.

Что изучает классическая механика?

Классическая механика изучает движение макроскопических тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. В основе классической механики лежат законы Ньютона. Движение микрочастиц (способ описания и законы движения) в заданных внешних полях изучает квантовая механика, а законы механического движения тел (частиц) при скоростях, сравнимых со скоростью света, изучает релятивистская механика, основанная на специальной теории относительности.

Что удерживает Луну на околоземной орбите?

Упасть за Землю нашему естественному спутнику не позволяет его орбитальная скорость, превышающая первую космическую. А вырваться из гравитационных объятий Земли и навсегда покинуть ее окрестности мешает земное притяжение, для преодоления которого орбитальная скорость Луны недостаточно велика (меньше второй космической скорости).

Чем математический маятник отличается от физического?

Математическим маятником называют материальную точку, совершающую под действием силы тяжести колебательные движения. Приближенно таким маятником можно считать тяжелый груз достаточно малых размеров, подвешенный на нити. Период колебаний математического маятника определяется всего двумя параметрами – ускорением свободного падения и длиной нити (не зависит от массы материальной точки). Физический маятник – тело, совершающее под действием силы тяжести колебания вокруг неподвижной горизонтальной оси, не проходящей через центр тяжести тела. В формулу для определения периода колебания физического маятника входят 4 параметра: ускорение свободного падения, расстояние между центром тяжести и осью вращения, масса тела и его момент инерции относительно оси, вокруг которой совершаются колебания.

Почему для измерения небольших отрезков времени (в несколько минут) песочные часы предпочтительнее водяных?

Скорость вытекания жидкости и песка (сыпучего вещества) через отверстие в дне сосуда определяется величиной давления на дне сосуда. Давление жидкости на дно сосуда возрастает пропорционально высоте ее уровня, причем никакими факторами, кроме высоты столба жидкости, это возрастание не ограничено. Давление же песка на дно сосуда с увеличением высоты слоя песка сначала растет, но затем, достигнув некоторого значения, далее остается неизменным. Дело в том, что силы, действующие между частицами песка, переносят избыточное давление на стенки сосуда. Именно поэтому количество песчинок, проходящих в единицу времени через отверстие, соединяющее две колбы песочных часов, остается примерно постоянным. Скорость же вытекания воды из отверстия в дне сосуда по мере снижения уровня непрерывно уменьшается.

Вот почему для измерения небольших отрезков времени песочные часы предпочтительнее водяных.

Что такое зыбучие пески и почему они опасны?

Известно немало случаев, когда люди становились жертвой так называемых зыбучих песков. В способности обычного на вид песка внезапно проглатывать находящиеся на его поверхности предметы легко увидеть что-то мистическое, однако это явление имеет довольно простое физическое объяснение. Дело в том, что свойства влажного песка очень существенно зависят от количества воды в нем. Слегка увлажненные песчинки легко слипаются, демонстрируя резкий рост сил сцепления, которые в сухом песке определяются только неровностями поверхности, а потому невелики. Слипаться их заставляют силы поверхностного натяжения пленок воды, окружающих каждую песчинку. Чтобы песчинки хорошо слипались, вода должна только лишь покрывать частицы и их группы тонкой пленкой, большая же часть пространства между ними должна оставаться заполненной воздухом. Если количество воды в песке увеличивать, то, как только все пространство между песчинками заполнится водой, силы поверхностного натяжения пропадут и получится смесь песка и воды, обладающая совершенно другими свойствами. Зыбучий песок – это самый обычный песок, под толщей которого на глубине нескольких метров имеется достаточно сильный источник воды. Чаще всего зыбучие пески встречаются в холмистой местности. Спускаясь с гор, потоки воды движутся по каналам внутри доломитовых и известняковых скал. Где-то ниже по течению вода может пробить камень и устремиться вверх мощным потоком. Если на поверхности находятся песчаные отложения, то поток воды, идущий снизу, превратит их в зыбучие пески. Часто солнце подсушивает верхний слой песка, образуя тонкую твердую корочку, на которой может даже расти трава. Внешне такое «песчаное болото» выглядит вполне надежно и не вызывает никаких подозрений, однако стоит на него ступить, как почва в буквальном смысле поплывет из-под ног. Хотя плотность зыбучего песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, плавать в зыбучем песке гораздо сложнее. Он очень вязок, поэтому любая попытка двигаться в нем встречает сильное противодействие. Медленно текущая песчаная масса не успевает заполнить возникающую за сдвинутым предметом полость, и в ней возникает разрежение, вакуум. Сила атмосферного давления стремится вернуть предмет на прежнее место – создается впечатление, что песок «засасывает» свою жертву. Кроме того, перемещаться в зыбучем песке можно только очень медленно и плавно, так как смесь воды и твердых частиц песка инерционна по отношению к быстрым перемещениям: в ответ на резкое движение она как бы затвердевает.

Чем кирпичная печная труба лучше металлической?

Печная труба не только выбрасывает в атмосферу продукты сгорания, но и создает тягу, улучшающую условия горения. Нагретый воздух расширяется – при типичной для топочных газов температуре около 300 градусов по Цельсию объем этих газов в 2 раза больше, а давление в 2 раза меньше, чем у окружающего воздуха. Благодаря этому сквозь топку идет мощный поток воздуха, обеспечивающий горение. Тонкая металлическая труба охлаждается значительно сильнее, чем толстая кирпичная, поэтому ее тяга, особенно зимой, будет слабее.

Как насекомые ходят по воде?

Некоторые насекомые, например водомерки, свободно ходят по поверхности воды. Присмотревшись, можно увидеть, что там, где их тонкие длинные ноги соприкасаются с поверхностью воды, на ней появляются небольшие вмятины. Поверхность воды ведет себя так, как если бы она была покрыта тонкой пленкой, которая под весом насекомого растягивается, не разрываясь при этом. Физики называют это явление поверхносным натяжением. Оно обусловлено силами притяжения между молекулами. Внутри жидкости силы притяжения между молекулами взаимно компенсируются, а на молекулы, находящиеся вблизи поверхности жидкости, действует некомпенсированная результирующая сила, направленная внутрь от поверхности. Поэтому, чтобы переместить молекулу из глубины на поверхность жидкости, надо совершить работу против этой результирующей силы. Таким образом, молекулы на поверхности жидкости обладают определенной потенциальной энергией, которая и проявляется как поверхностное натяжение. Именно благодаря поверхностному натяжению капля жидкости в невесомости принимает такую форму, при которой обеспечивается минимальная площадь поверхности, – форму шара.

Почему вода остается на коже вышедшего из нее человека, а не скатывается вниз?

Вода остается на коже вышедшего из нее человека, а не скатывается вниз, как, например, с покрытого жиром оперения водоплавающих птиц, лишь потому, что кожа человека смачивается водой: молекулы воды притягиваются силами межмолекулярного взаимодействия к коже сильнее, чем друг к другу. Еще сильнее смачивается водой хлопчатобумажная ткань полотенца – молекулы воды притягиваются к ткани полотенца сильнее, чем к коже, и переходят при вытирании с кожи на полотенце. В противном случае полотенце просто размазывало бы воду по коже, не впитывая ее (именно так и случилось бы, если бы полотенце было сшито из синтетической ткани, отталкивающей воду). Смачивание – поверхностное явление, возникающее при соприкосновении жидкости с твердым телом, – проявляется также в растекании жидкости по твердой поверхности. Оно играет важную роль в пропитке и сушке пористых материалов, моющем действии, пайке металлов, склеивании, течении жидкости в условиях невесомости.

Как измеряют твердость материалов?

Твердость материала проявляется в его сопротивлении вдавливанию или царапанию. Твердость не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности материала, так и от метода измерения. Для измерения твердости металлов чаще всего пользуются методом вдавливания. При этом величина твердости равна нагрузке, отнесенной к поверхности отпечатка, или обратно пропорциональна глубине отпечатка при некоторой фиксированной нагрузке. Отпечаток обычно производят шариком из закаленной стали (методы Бринелля, Роквелла), алмазным конусом (метод Роквелла) или алмазной пирамидой (метод Виккерса). Реже пользуются динамическими методами измерения, в которых мерой твердости является высота отскакивания стального шарика от поверхности изучаемого металла (например, метод Шора) или время затухания колебания маятника, опорой которого является исследуемый металл (метод Кузнецова – Герберта – Ребиндера). Получил распространение также метод измерения твердости с помощью ультразвуковых колебаний, в основе которого лежит измерение реакции колебательной системы (изменения ее собственной частоты) на твердость испытуемого металла. Выбор метода определения твердости зависит от исследуемого материала, размеров и формы образца или изделия и других факторов. В минералогии твердость оценивают по шкале Мооса, при этом используют 10 эталонов твердости: тальк – 1, гипс – 2, кальцит – 3, флюорит – 4, апатит – 5, ортоклаз – 6, кварц – 7, топаз – 8, корунд – 9, алмаз – 10. Относительная твердость определяется путем царапания поверхности испытываемого объекта эталоном шкалы. Если эталон с твердостью 5 царапает исследуемый образец, а последний оставляет след на поверхности эталона с твердостью 4, то твердость минерала приблизительно равна 4,5.

Сколько агрегатных состояний вещества известно в настоящее время?

Агрегатными состояниями вещества называют состояния (фазы) одного и того же вещества в различных интервалах температур и давлений. Обычно рассматривают газообразное, жидкое и твердое агрегатные состояния, переходы между которыми сопровождаются скачкообразными изменениями свободной энергии, энтропии, плотности и других физических характеристик вещества. С увеличением температуры газов при фиксированном давлении они превращаются в ионизированную плазму, которую также принято считать агрегатным состоянием. В 1995 году американские физики Эрик Корнелл и Карл Уайман и немецкий физик Вольфганг Кеттерле получили пятое агрегатное состояние вещества – бозе-эйнштейновский конденсат. В 2004 году международной группой физиков открыто шестое агрегатное состояние вещества – фермионный конденсат.