Текст книги "Все обо всем. Том 2"

Автор книги: Аркадий Ликум

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 31 страниц)

Что случилось бы, если бы не было пыли?

Стал бы мир действительно намного лучше, если бы не было пыли? Ответ таков: в некоторых отношениях – да, в других – нет. А что такое пыль, собственно говоря? Она состоит из частичек почвы или других твердых веществ, и частички эти достаточно легкие, чтобы их мог поднимать и нести ветер. Откуда появляются эти частички? Их источником могут быть останки растительного или животного мира, морская соль, вулканический песок и песок пустынь, пепел или сажа.

В большинстве случаев пыль нежелательна и бесполезна. Но, с другой стороны, она помогает сделать мир более красивым! Чудесные краски восходов и закатов в большой степени обязаны своей красотой именно пыли, рассеянной в воздухе. Частицы пыли в верхних воздушных слоях отражают солнечные лучи. Это делает солнечный свет видимым еще час или два после заката. Цвета, составляющие солнечный свет, преломляются под разными углами, отражаясь от пыли и частиц водяного пара, рассеянных в воздухе. Солнечные закаты имеют красный цвет, потому что эти частицы преломляют красные лучи солнца таким образом, что те становятся последними лучами, пропадающими из поля зрения.

Другая важная функция пыли связана с дождем. Содержащийся в воздухе водяной пар не слишком быстро превратится в жидкость, если бы не было пылинок, которые служат центром для каждой капельки воды. Следовательно, облака, туман, дождь в основном образуются из бесчисленного числа пылинок, обволакиваемых жидкостью.

Почему на озерах лежит туман?

Туман, роса и облака имеют друг к другу прямое отношение. То или иное состояние – туман, роса или туман – может быть вызвано за счет какого-нибудь одного изменения условий: например, наличия или отсутствия воздушных потоков. Давайте рассмотрим, почему так получается и почему в некоторых местах появляются туманы. Частицы тумана очень невелики – меньше 0,001 миллиметра. Когда перед вами густой туман и вы ничего не видите перед собой, это значит, что в одном кубическом сантиметре тумана может быть не меньше 1227 таких частичек.

Чтобы появился туман, влага должна покинуть воздух и сконденсироваться. Это значит, что воздух должен каким-то образом охладиться, потому что холодный воздух не может удерживать такое количество влаги, как и теплый. Когда воздух охлаждается ниже определенной точки, которая называется точкой насыщения, или точкой росы, тогда начинает образовываться туман. Образование тумана также требует, чтобы холодный воздух воздушными потоками перемешивался с теплым.

Если воздух неподвижен, то тогда холодный воздух скопится у земли, и появится роса. Если же есть быстро восходящие воздушные потоки, охлаждение будет происходить высоко в воздухе, и тогда появляются облака. Поэтому воздушные потоки, перемешивающие холодный воздух с теплым, должны быть не слишком сильными, чтобы появился туман. Это может получиться тогда, когда масса теплого воздуха проходит над холодной сушей или холодным водоемом. Может быть и наоборот, когда холодный воздух проходит над теплой водой.

Последний случай возможен ранним осенним утром возле таких водоемов, как озера или пруды. Холодный воздух плавно перемешивается с потоками теплого, и появляются всем знакомые туманы, которые висят в воздухе над водоемами.

Если молекулы движутся, то почему мы не видим, что вещи изменяются?

Если молекулы постоянно движутся со страшными скоростями и это происходит повсюду – даже в деревяшке – то почему мы не видим, чтобы вещи меняли форму? Молекула – наименьшая из существующих частиц вещества, которая сохраняет свойства целого. Например, молекула сахара (сукроза) – наименьшая частица сахара, которая тем не менее сохраняет в себе такие свойства сахара, как вкус, цвет, форма, растворимость и другие.

Молекулы различных веществ сильно отличаются друг от друга. Некоторые из них имеют длину лишь в несколько миллиардных долей миллиметра, а другие – в тысячи раз больше. Молекулы газов, из которых состоит воздух, настолько малы, что в одном кубическом сантиметре воздуха содержится 30 675 000 000 000 000 000 молекул! Но даже несмотря на то, что в веществе содержится столько молекул, между ними остается много незанятого пространства. Поскольку молекулы всегда находятся в движении, они передвигаются в абсолютном вакууме. Между молекулами воздуха нет воздуха, есть только вакуум, и между молекулами железа нет воздуха, только – вакуум.

Движение молекул вызывается теплом. Чем выше температура, тем интенсивнее движение. В горячих газах это движение очень интенсивно. В жидкости или в твердом веществе оно гораздо медленней, но движение есть даже в куске льда! Если молекулы в веществе постоянно сталкиваются друг с другом и выталкивают друг друга в разные стороны во всех направлениях, то почему мы не видим результатов этого движения? Почему, например, мы не видим, чтобы кусок железа изменялся из-за этого движения? Почему он кажется таким твердым? Причина этого в том, что в твердых телах или в жидкостях молекулы удерживаются на своих местах силами притяжения между молекулами. В противном случае вещество было бы разорвано на части.

Силы электричества, взаимоудерживающие молекулы, достаточно велики, чтобы поддерживать даже самые твердые материалы в неизменном состоянии. Но если очень сильно нагреть вещество, то движение молекул ускорится, и это вещество станет жидкостью. Если увеличить температуру еще больше, то молекулы смогут преодолеть силы электричества, разлетятся в разные стороны, и вещество перейдет в газообразное состояние!

Куда исчезает вода, когда она высыхает?

Выглянув на улицу или посмотрев на дорогу, вы увидели там воду. Один час яркого солнечного света – и вода исчезает! Или, например, вывешенное на веревке белье высыхает к концу дня. Куда исчезает вода? Мы говорим, что вода испаряется. Но что это значит? Испарение – это процесс, при котором жидкость на воздухе быстро становится газом или паром. Многие жидкости испаряются очень быстро, гораздо быстрее, чем вода. Это относится к алкоголю, бензину, нашатырному спирту. Некоторые жидкости, например ртуть, испаряются очень медленно. Из-за чего происходит испарение? Чтобы понять это, надо кое-что представлять о природе материи.

Насколько мы знаем, каждое вещество состоит из молекул. Две силы оказывают воздействие на эти молекулы. Одна из них – сцепление, которое притягивает их друг к другу. Другая – это тепловое движение отдельных молекул, которое заставляет их разлетаться. Если сила сцепления выше, вещество остается в твердом состоянии. Если же тепловое движение настолько сильно, что оно превосходит сцепление, то вещество становится или является газом.

Если две силы примерно уравновешены, то тогда мы имеем жидкость. Вода, конечно, является жидкостью. Но на поверхности жидкости есть молекулы, которые движутся настолько быстро, что преодолевают силу сцепления и улетают в пространство. Процесс вылета молекул и называется испарением. Почему вода испаряется быстрее, когда она находится на солнце или нагревается? Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение в жидкости. Это значит, что все большее количество молекул набирает достаточную скорость, чтобы улететь.

Когда улетают самые быстрые молекулы, скорость оставшихся молекул в среднем замедляется. Почему остающаяся жидкость охлаждается за счет испарения. Так что, когда вода высыхает, это означает, что она превратилась в газ или пар и стала частью воздуха.

Что такое океанография?

Почти всем предметам и явлениям, существующим в природе, соответствует какая-либо наука, изучающая их. Океанография – это комплекс всех наук, связанных с изучением океана, что помогает человеку узнать, как появился океан, какие в нем происходят процессы. Как вы понимаете, это требует серьезного исследования! Давайте посмотрим, что сюда входит. Можно начать с береговой линии. Берег моря (или граница между сушей и морем) постоянно изменяется из-за приливов, ветров, ежедневного воздействия моря на берег и перемещений суши вверх и вниз. Изучаются также температура и содержание соли в океанах. И, как ни странно, человек до сих пор не имеет удовлетворительного объяснения тому, почему океан соленый.

А приливы? Приливы – это регулярные перемещения воды, связанные с притяжением Солнца и Луны. Они тоже постоянно изучаются океанографами. Теперь перейдем к течениям. Океанские течения напоминают реки, протекающие по океану. Они теплее или холоднее, чем те воды, через которые они проходят. Поскольку течения имеют большое значение для человека, они постоянно изучаются. Как мы знаем, в океане живут растения и живые организмы бесчисленных видов. Океанографы и этой области уделяют много внимания. Какова глубина океана в различных местах? Это тоже очень важно для человека, и есть ученые, которые занимаются лишь измерениями океанских глубин. Человека интересует даже то, что происходит на дне океана.

Мы знаем, что до глубины 3657 метров дно океана покрыто мягкой, илистой грязью. Она состоит из известковых скелетов крошечных морских организмов. Животная и растительная жизнь океанского дна изучается по взятым оттуда пробам ила. В общем, океан, который большинству из нас кажется просто огромной массой воды, на самом деле представляет из себя огромный и сложный организм, о котором человек хочет узнать как можно больше. А океанографы увеличивают наше знание об океане, постоянно изучая все, из чего он состоит и что в нем содержится.

Почему приливы не везде одинаковы?

Вы когда-нибудь бывали на берегу, где при низкой приливной волне вам приходится пройти довольно большое расстояние в сторону моря, чтобы хотя бы войти в воду по колени? И все же есть места, где вы с трудом сможете отличить высокий прилив от низкого. Причина этого не имеет никакого отношения к влиянию Луны. Приливы происходят из-за гравитации. Точно так же, как Земля притягивает Луну, Луна притягивает и Землю, но с гораздо меньшей силой. За счет воздействия Луны на Землю воды океана притягиваются в сторону Луны и образуют выпуклость или волну. Вследствие этого возникает высокий прилив.

Вода на противоположной стороне Земли притягивается Луной в гораздо меньшей степени, поскольку Луна находится дальше, и поэтому здесь тоже образуется выпуклость. Поэтому высокий прилив наблюдается и со стороны, обращенной к Луне, и с противоположной стороны Земли. По мере того, как Луна проходит вокруг Земли, эти два водяных «горба» и пониженные уровни воды продолжают оставаться примерно в том же положении относительно Луны. И если бы поверхность Земли была бы полностью покрыта водой, то чередование высоких и низких приливов было очень регулярным.

Но этому мешают многие другие факторы. Один из них – огромные массивы континентов. Они являются причиной приливных течений, которые огибают береговые линии и скапливаются в определенных местах, например в заливах. На пологих побережьях с прямой береговой линией надвигающийся прилив имеет достаточное пространство, чтобы распространяться, и не поднимается очень высоко.

Но там, где прилив встречается с узкой бухтой или каналом, он не может растекаться вширь, и поэтому вода может достигать большой высоты. Например, в бухте Фанди разница между приливом и отливом может составлять больше 21 метра. В то же время во время прилива на Средиземном море вода не поднимается выше, чем на 0,5 м.

Что такое водяной смерч?

Водяной смерч и торнадо очень похожи. В принципе водяной смерч можно называть «торнадо на море». Поэтому давайте сначала посмотрим, что такое торнадо. Торнадо – это, настоящий круговой шторм. Он появляется в виде черной воронкообразной тучи на обширной грозовой территории. Причина возникновения облачной воронки – конденсация влаги за счет охлаждения воздуха по мере его распространения вширь и ввысь. Торнадо может вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки. Ширина торнадо в той части, где он соприкасается с землей, в среднем составляет 275–365 метров, и проходит он обычно небольшое расстояние, составляющее от нескольких до 50 миль (80 километров). Считается, что внутри торнадо (вихря) скорость вращающихся потоков воздуха составляет 500 миль (800 километров) в час! Там, где торнадо соприкасается с поверхностью земли, могут происходить страшные разрушения. Например, дома могут быть стерты с лица земли, разломаны на куски или перенесены на сотни метров.

Торнадо (известные также под названиями «смерч» или «циклон») могут появляться в любое время года, хотя весной и летом они появляются в пять раз чаще. Чаще они имеют место днем, а не ночью. В некоторых случаях водяной смерч может быть просто обычным торнадо, зародившимся на суше и переместившимся на море. Но водяные смерчи более распространенного типа появляются над морями и озерами в тропиках или в средних широтах в теплое время года. Они возникают прямо над водой, а воронкообразные облака образуются из дождевых или кучевых облаков. Нижняя часть воронки, приближаясь к водной поверхности, поначалу раскручивает или перемешивает верхний слой воды в облако водной пыли.

Воронкообразное облако сначала погружается в эту водную пыль, а затем вытягивает вверх водяной смерч. Но вода, составляющая основную часть смерча, всегда остается свежей, потому что в основном состоит из дождевой воды. Водяной смерч продолжается обычно всего лишь несколько минут и оказывает воздействие лишь на ограниченном участке. Большинство водяных смерчей возникают над холодными водами там, где высока температура воздуха и часто бывают грозы.

Почему градины имеют разные размеры?

В некоторых местах, где грозы происходят довольно часто, одна гроза из восьмисот сопровождается градом размером с грецкий орех, а одна гроза на пять тысяч несет с собой град размером в теннисный мяч. И вы, наверное, знаете из собственного опыта, что градины могут иметь и другие размеры. Град обычно выпадает в теплую погоду и сопровождается, как правило, громом, молнией и дождем.

Град образуется, когда дождевые капли по пути к земле проходят через слой холодного воздуха и замерзают. Из отдельных дождевых капель получаются очень маленькие градинки. Градины побольше появляются так же, но когда маленькие градины падают и встречают по пути сильные восходящие воздушные потоки, они могут подниматься до того уровня, где образуются дождевые капли. К градине пристают новые капли, и когда она вновь пролетает через холодные слои, вода обволакивает ее и замерзает, увеличивая таким образом размер градины.

Поднимание и опускание градины может происходить неоднократно до тех пор, пока на ней не нарастет количество слоев, увеличивающее ее вес настолько, что она оказывается в состоянии преодолеть силу восходящих воздушных потоков и падает на землю. Таким образом появляются градины диаметром в 8-10 сантиметров и весом до 0,5 кг. Снег тоже намерзает вокруг градин, когда они заносятся в зоны, где он образуется. Поэтому град часто состоит из слоев снега и льда.

Ежегодно град наносит огромный ущерб. Он уничтожает посевы таких культур, как рожь, пшеница, хлопок и табак. Он может сбить листья с деревьев, разбить стекла в окнах и даже поранить домашнюю птицу и животных!

Перемещаются ли ураганы в определенных направлениях?

Шторм или ураган выглядит настолько диким и неукротимым явлением природы, что трудно поверить в возможность его перемещения по определенному маршруту. Тем не менее, насколько нам известно, с наступлением сезона ураганов они получают имена, и их маршруты часто довольно точно предсказываются.

В большинстве районов мира основная часть ураганов двигается в определенных направлениях. В Соединенных Штатах, например, большинство больших ураганов представляют собой обширные массы циркулирующего против часовой стрелки воздуха, вращающегося вокруг центральной точки низкого атмосферного давления. Причина того, что в Штатах они вращаются против часовой стрелки, состоит в том, что когда ветры дуют в направлении центра низкого давления, то вращение Земли отклоняет их вправо (в Северном полушарии).

Вернемся к ураганам. Прежде всего, знаете ли вы, что ураганы, циклоны и тайфуны – практически одно и то же? В Соединенных Штатах они называются циклонами, в Юго-Восточной Азии и в Южно-Китайском море – тайфунами, а в Вест-Индии и в Мексиканском заливе – ураганами. К северу от экватора тайфуны и ураганы обычно начинаются поздним летом или осенью над теплыми тропическими водами. Они перемещаются к западу или северо-западу через зону пассатов по маршруту, отклоняющемуся вправо.

В субтропических широтах такие ураганы сильно отклоняются на восток и входят в зону западных ветров. В Южном полушарии наблюдается такой же загнутый маршрут, с той лишь разницей, что здесь они отклоняются влево. И все же, несмотря на то, что ураган может быть точно предсказан, а люди и корабли на море предупреждаются всеми возможными способами, все равно, ураганы наносят ужасный ущерб. Ураган может двигаться со скоростью 125 миль в час!

Почему у ветров разные имена?

Большинство ветров, конечно, своих имен не имеет. Можно сказать: «Ветрено» или «Ветер дует». Иногда мы говорим: «Дует северный ветер». Но многие ветры имеют особые имена. Ветры с особыми именами получили их по разным причинам. Вы знаете, например, что такое «попасть в штиль». Это значит – застыть в неподвижности. Одна из разновидностей ветра так и называется «штилевой ветер». Он возникает на экваторе, где находится широкий пояс восходящего воздуха и низкого давления.

Ветры, которые дуют сверху и снизу в сторону экватора, называются пассатами. Они имеют постоянные направления и дуют сильно, и поэтому во времена парусных судов они были очень полезны для мореплавателей. Существуют еще некоторые особые ветры. Например, муссоны– это ветры, меняющие свое направление в зависимости от времени года. В Индии зимой муссоны несут горячий, сухой воздух, а летом они дуют в северном направлении, принося с собой обильные дожди. В южной Франции все местные жители со страхом ждут мистраль– холодный, сухой ветер с севера, Он может дуть со стороны моря целыми днями, и в это время все чувствуют себя неуютно.

Как измеряется скорость ветра?

В ветреный день вам может показаться, что ветер дует с ужасной скоростью. А потом вы слушаете сводку погоды, и там говорят: «Скорость ветра – от 10 до 15 миль в час». Нам очень легко ошибиться относительно скорости ветра. Но знать точно скорость ветра очень важно для многих людей, и поэтому существуют научные способы определять эту скорость. Первый прибор для измерения скорости ветра был изобретен в 1667 году англичанином Робертом Хуком. Прибор называется анемометр.

Существуют многие виды анемометров, но наиболее распространенный имеет несколько алюминиевых чашечек на оси. Она закреплены свободно, и чем сильнее ветер, тем быстрее вращаются чашечки на оси. Сосчитав число оборотов, которые делают чашечки за определенное время, можно вычислить скорость ветра. Когда люди начали летать, появилась необходимость измерять скорости ветра на больших высотах. Для этого запускались воздушные шары, и за ними велось наблюдение с помощью специальных оптических приборов, которые называются «теодолиты». Но, когда тучи закрывали шары, наблюдение становилось невозможным.

В 1941 году был изобретен метеорологический радар. И теперь радар может наблюдать за шаром даже через облака и измерять скорость ветра в верхних слоях атмосферы. Издавна людей также интересовало, куда дует ветер, и примерно в 900 году н. э. на шпилях церквей были установлены флюгеры, чтобы они показывали направление ветра.

Почему лед ломает трубы?

Многие студенты жалуются: «Зачем мне учить физику и естественные науки, ведь я их никогда не использую». Такие люди, конечно, не правы в том, что касается «бесполезности» физики и естественных наук. Несомненно то, что (знаем мы об этом или не знаем) все мы неоднократно используем законы физики в повседневной жизни. Любой человек, живущий в климате с холодными зимами, знает, что он должен наливать антифриз в радиатор своей машины и сливать воду из всех труб, где она может оставаться. Он знает, что если не сделает этого, то в радиаторе появятся трещины, а трубы могут разорваться. Законы физики объясняют, почему это может случиться.

Например, большинство веществ при переходе из жидкого состояния в твердое уменьшаются в объеме. Но с водой происходит совершенно противоположная вещь! Вместо уменьшения в объеме она расширяется, и увеличивается объеме не на сколько угодно, а примерно на одну девятую. Это значит, что если у вас есть девять литров воды и эта вода замерзает, то у вас получится 10 литров твердого льда! Теперь представьте, что вода замерзает в радиаторе или в трубе. Для десяти литров льда требуется большее пространство, чем для девяти литров воды. Но трубки радиатора или водопроводные трубы не могут растягиваться. Места в них просто больше нет. Поэтому, когда вода замерзает, она сама отвоевывает себе большее пространство, разрывая трубы.

Одна из самых примечательных сторон этого явления природы – это его огромная сила. Насколько вы знаете, трубы делают из довольно прочных металлов. В Финляндии, например, эту силу заставляют работать. Это делается таким образом. В каменоломнях заливают водой щели в скальных породах и оставляют замерзать. Замерзающая вода выступает в роли клина, и за счет силы замерзающей воды огромные скальные массивы распадаются на отдельные каменные блоки. Хоть лед и занимает больше места, чем вода, он легче воды и плавает на ее поверхности. Поэтому большие объемы воды никогда не замерзают полностью. Ледяной покров сверху защищает от замерзания находящуюся под ним воду.