Текст книги "Все обо всем. Том 4"

Автор книги: Аркадий Ликум

сообщить о нарушении

Текущая страница: 21 (всего у книги 24 страниц)

Что такое нитробактерии?

Можете ли вы себе представить нечто абсолютно необходимое для жизни, находящееся повсеместно вокруг нас, но которое нужно «захватить», чтобы использовать? Это азот. Примерно четыре пятых воздуха, которым мы дышим, состоит из газа азота. И выдыхаем мы его обратно таким же, каким и вдохнули, использовав азот только для того, чтобы разбавить кислород, не вдыхать его слишком много за раз. Протоплазме, то есть веществу, из которого состоят все живые клетки, требуется кислород для ее формирования. А протеин, основная питательная материя, образуется на основе азотных составляющих.

Итак, возможность выделять азот из воздуха имеет жизненно важное значение. Этот процесс называется фиксацией азота. Большую часть этого процесса выполняют за нас бактерии. Существует два типа азотофиксирующих бактерий. Один из них живет на корнях растений, а другой – в почве в свободном виде. Как же они «фиксируют» азот? Эти бактерии берут азот прямо из воздуха, соединяют его с кислородом, а потом на основе этой комбинации строят протеины. Живущие в корнях бактерии селятся только на корнях таких растений, как бобы, клевер, люцерна и горох. Но они фиксируют больше азота, чем нужно этим растениям, и в результате этого в корнях накапливаются излишки азота.

Когда растение погибает или его верхняя часть срезается во время уборки урожая, излишки азота переходят в землю. Когда поле в течение многих лет используется под сельскохозяйственные культуры и урожай регулярно убирается, азот не возвращается в почву. Почва из-за этого теряет способность питать растения. Именно поэтому фермерам приходится использовать удобрения. Удобрениями, замещающими азот в почве, являются натриевая селитра, сульфат аммония и помет животных и птиц, например навоз. В наши дни существуют также и искусственные методы фиксации азота для восстановления нужного его количества впочве.

Часть 5. КАК ДЕЛАЮТСЯ РАЗНЫЕ ВЕЩИ

Как определяется точное время?

Две основные единицы времени, которыми мы пользуемся, – это сутки и год. Обе они определяются вращением Земли. Вращение Земли вокруг своей оси дает нам солнечные сутки. Вращение ее вокруг Солнца дает солнечный год. Солнечные сутки делятся на двадцать четыре часа. Час делится на шестьдесят минут, а минута – на шестьдесят секунд. Тем не менее долгота солнечных суток изменяется.

Одна из причин этого – изменение скорости, с которой Земля вращается вокруг Солнца. Но несмотря на то, что солнечные сутки иногда длиннее, а иногда короче, чем ровно двадцать четыре часа, можно считать, что средняя продолжительность суток – двадцать четыре часа. Для того, чтобы было удобнее определять местонахождение географических точек на Земле, человек разметил ее с помощью меридианов – окружностей, проходящих через полюса. Места, расположенные на одном и том же меридиане, имеют одно и то же солнечное время. Разница в солнечном времени – один час накаждый меридиан.

Есть меридиан с номером 0, проходящий через город Гринвич в Англии. Он называется начальным меридианом. Это точка отсчета для всех остальных меридианов, которые отмечаются как расположенные восточнее или западнее Гринвичского. Астрономическое время по всей Земле ориентируется на среднее солнечное время в Гринвиче. Астрономы из Гринвичской обсерватории сверяют свои часы с Солнцем или какой-нибудь определенной звездой. Они проверяют точность времени, когда Солнце или звезда пересекает меридиан.

В обсерваториях других стран тоже следят за точностью времени. Они передают сигналы точного времени по радио. В Соединенных Штатах точное время определяет Навигационная обсерватория в Вашингтоне. Для определения точного времени используются специальные часы. В этой обсерватории используются часы на кварцевых кристаллах, колебания которых контролируют работу электрического механизма часов. Погрешность этих часов в сутки составляет лишь 1/500 секунды.

Что такое А.М. и Р.М.?

Называя точное время, англичане добавляют к цифрам две буквы латинского алфавита: A.M. или P.M., – которыми они указывают, имеется ли в виду время до полудня или после полудня. Знаете ли вы, какие латинские слова скрываются за этими буквами и что они обозначают? Как известно, вращение Земли создает иллюзию, что Солнце и другие небесные тела движутся по небу. И мы говорим, что день начинается, когда солнце «встает» на востоке, и кончается, когда оно «садится» на западе. А нахождение солнца высоко в небе, между этими двумя положениями, означает, что прошла половина дня.

По положению солнца в небе уже древние люди могли определять время дня. А ночью это делалось поположению звезд. Для определения времени очень важно знать в точности, когда будет (или уже был) полдень. Для каждого из нас, где бы мы ни находились, полдень – это когда солнце стоит прямо над головой. Представьте себе воображаемую линию, меридиан, проведенный по небу начиная с северной точки вашего горизонта и кончая южной точкой. Когда Солнце пересекает этот ваш меридиан, наступает полдень. Пока Солнце находится восточнее этой линии меридиана, длится дополуденное время.

После того, как Солнце пересекает этот меридиан, наступает послеполуденное время. По-латыни полдень называется «меридиес», и от этого слова произошло слово меридиан. Сокращение A.M. расшифровывается как «анте меридием», что означает «до полудня», a P.M. – «пост меридием», то есть «после полудня». Каждый из временных поясов Земли имеет ширину в пятнадцать градусов долготы, что примерно равняется тому расстоянию, которое солнце проходит по небу за час.

Все люди, живущие в одном временном поясе, наблюдают полдень в одно и то же время. Поэтому поясное время изменяется на час, когда вы передвигаетесь из одного временного пояса вдругой.

Почему количество дней в месяцах различается?

Первыми людьми, принявшими год в качестве единицы измерения времени и разделившими его на приблизительно равные части, были древние египтяне. Они создали лунный (месячный) календарь, в основу которого было положено появление новой луны каждые двадцать девять – тридцать дней. Но этот календарь был не совсем точным.

Римляне тоже приняли лунный календарь, и, чтобы согласовать его с солнечным годом, они по необходимости должны были добавлять дополнительные месяцы. В конце концов Юлий Цезарь утвердил календарь, принимающий долготу солнечного года за 365 дней. Были сделаны некоторые изменения в единицах, на которые делился год, – месяцах – чтобы добиться большей точности календаря. Вот какие изменения относительно месяцев были сделаны Цезарем и другими римскими императорами.

Январь раньше был одиннадцатым месяцем и имел двадцать девять дней. Цезарь сделал его первым месяцем года и увеличил его до тридцати одного дня. В его календаре февраль имел двадцать девять дней, а в високосные года – тридцать. Император Август забрал у этого месяца один день и прибавил его к месяцу, названному в его честь августом. Количество дней в марте всегда равнялось тридцати одному.

Апрель как лунный месяц имел двадцать девять дней. Цезарь добавил к нему еще один день и получил тридцать.

В мае всегда был тридцать один день, и это осталосьбез изменения.

В июне было двадцать девять дней, и Цезарь сделал тридцать.

Длительность июля (этот месяц был назван в честь Юлия Цезаря) он установил тридцать один день.

Когда август был лунным месяцем, в нем было двадцать девять дней. Цезарь увеличил его до тридцати. Император Август, который назвал этот месяц в свою честь, добавил к нему еще один день, отобранный у февраля, чтобы сделать его равным июлю, названному в честь Юлия Цезаря.

В сентябре было двадцать девять дней, когда он был месяцем лунного года. Цезарь увеличил его до тридцати одного, но Август сократил его до тридцати дней.

Октябрь, имевший в юлианском календаре тридцать дней, был увеличен Августом до тридцати одного дня.

В ноябре, согласно юлианскому календарю, был тридцать один день, а Август сократил его до тридцати.

Первоначально в декабре было двадцать девять дней, Цезарь сделал тридцать, а потом Август добавил еще один день, доведя их число до тридцати одного. Чтобы календарь был удобным, надо исходить из предпосылки, что общее количество дней в году – триста шестьдесят пять. Количество дней в месяцах, как вы видите, было произвольно установлено сначала Юлием Цезарем, а затем – Августом. Наш календарь мы позаимствовали у римлян.

Зачем в часах нужны камни?

При рекламе часов обычно упоминается количество камней в них, как гарантия их качества. Что же это за «камни» в часах и зачем они там? Часы (наручные, стенные и пр.) нужны нам, если они ходят точно и не ломаются постоянно. В среднем в часах имеется около двухсот одиннадцати различных деталей, и, очевидно, это весьма сложный механизм.

Давайте посмотрим, что же заставляет часы ходить и какую роль в этом играют камни. Механическую энергию, необходимую для своего хода, часы получают от главной пружины, которая является свернутой стальной лентой, в расправленном состоянии имеющей длину около шестидесяти сантиметров. Когда вы заводите часы, вы плотно закручиваете эту пружину. От главной пружины энергия передается через систему колесиков, называемую зубчатой передачей, на колесо, называемой балансом. Эта система колес двигает стрелки часов по циферблату.

Баланс выполняет те же функции в наручных часах, что и маятник – в настенных. Это – сердце часов, регулирующее их ход. Внутри баланса находится волосковая пружина, представляющая из себя свернутую кольцами стальную проволоку, тонкую, как волос. Из полкилограмма стали нужной марки можно сделать целых 12 километров такой проволоки! По краю баланса расположены маленькие винтики из стали или из золота. Их положение и вес регулируют скорость движения стрелок часов. Они настолько малы, что в обычный наперсток можно поместить целых двадцать тысяч таких винтиков! Еще в часах есть пусковое колесо, которое, соединяясь с балансом, заставляет его двигаться. Оно регулирует движение, и именно от него и исходит звук, который мыназываем «тиканьем».

Мы упомянули различные колесики, которые постоянно движутся в часовом механизме. Они располагаются на стерженьках, и постоянное движение колес вызывает трение. Чтобы не стираться при этом, стерженьки укреплены на крохотных драгоценных камнях, таких, как рубин, сапфир или гранат. Это и есть камни часов. Чем больше камней, тем меньше вероятность того, что под действием сил трения движущие детали часов будут изнашиваться, в результате чего часы будут «отставать».

Могут ли люди делать алмазы?

Ответ на этот вопрос: «Да, но…» Человек может делать искусственные алмазы, но не рассчитывайте, что в скором будущем их у нас будет навалом. Когда вы поймете, каково было матушке-природе делать алмазы, вы согласитесь, что это далеко не легкая работа. Образование естественных алмазов началось около ста миллионов лет назад, когда Земля только начинала остывать. В те времена под земной корой находились раскаленные массы жидких горных пород. Эти массы подвергались воздействию таких температур и такому давлению, что в веществе, известном нам как уголь, менялась кристаллическая решетка. Именно так и получается алмаз – самое твердое из веществ, известных человеку – изменением кристаллической решетки угля. Поскольку алмазы представляют собой большую ценность для человека, естественно, были предприняты попытки производить их искусственным путем, то есть делать синтетические алмазы.

Честь первооткрывателей в этой области, считалось, принадлежит трем разным людям, работавшим над проблемой относительно недавно. Первым достиг успеха англичанин Д. Б. Хэнней в 1880 году, вторым – Анри Муассан во Франции (1893), третьим – сэр Уильям Крукс, тоже в Англии (1906). Метод Муассана заключался в следующем: уголь растворялся в расплавленном железе в электрической печи. Потом расплавленное железо погружалось в соляной раствор.

Охлаждение и сжатие верхнего слоя создавали сильнейшее давление на находящийся внутри расплавленный материал. И при этом, считалось, должны получаться алмазы. Но при повторении опытов этих людей никаких алмазов не получалось. Поэтому теперь считается, что первый синтетический алмаз был получен в 1954 году на специальном прессе, в котором уголь подвергался действию температуры в 2800 градусов по Цельсию и давлению в 56 245 килограммов на квадратный сантиметр.

Первые из получившихся алмазов были желтого цвета, а самые большие были немногим больше полутора миллиметров в длину. Синтетические алмазы обычно несовершенной формы и пока используются больше для производства режущих инструментов, чем в качестве украшений. Но когда-нибудь человеку, может, и удастся сделать действительно совершенный алмаз!

Что такое первичные цвета?

Если вы пропустите солнечный луч через стеклянную призму, то увидите, что он превратится в радугу цветов, называемую спектром. Он состоит из всех тех цветов, которые вместе образуют так называемый белый свет. Но хотя вы, вероятно, сможете различить шесть или семь цветов, белый свет в действительности состоит из трех основных цветов. Эти цвета называются первичными, потому что они не могут быть получены комбинациями из других цветов.

Первичными цветами считаются оранжево-красный, зеленый и фиолетово-голубой. Другие цвета, которые вы видите в радуге спектра, являются соединением первичных цветов. Посмотрев на спектр даже невооруженным глазом, можно легко увидеть три смешанных цвета, которые называются вторичными: зелено-голубой, желтый и красный. Вы можете получить эти цвета, смешав в определенных комбинациях первичные цвета. Но помните, что мы говорим о свете. Краски для рисования являются твердыми веществами, то есть прямой противоположностью световым цветам. Вторичные световые цвета являются первичными цветами красок. Это значит, что среди красок первичными цветами являются желтый, зелено-голубой и красный. Смешивая эти краски, вы можете получить все остальные.

Существует много других способов классификации красок. Яркие цвета, полученные без помощи черной или белой красок, называются чистыми цветами. Желтый, красный, голубой и зеленый – это чистые цвета. Цвета, полученные при смешении чистых цветов с черным цветом, называются цветными тенями. Темно-коричневый цвет – это цветная тень. Цвета полученные при смешении их с белым цветом, называются оттенками. Розовый цвет, цвет слоновой кости – это оттенки. Цвета полученные при смешении чистых цветов с черным и белым, называются тонами. Рыжевато-коричневый, цвет беж и серый – это тона.

Вот еще один интересный факт о цвете. Как вы думаете, какой цвет имеет красная краска перед тем, как вы откроете коробку? Она выглядит не красной, а черной! Это происходит из-за того, что там, где нет света, нет и цвета. В темной комнате такого явления, как цвет, не существует. Цвет предмета зависит от материала, из которого он сделан, и от света, в котором мы этот предмет рассматриваем: например, красно-оранжевый свитер выглядит таковым, потому что краска шерсти отражает красно-оранжевую часть светового спектра. Фиолетово-голубая и зеленая части спектра поглощаются материалом свитера. Отражаются только оранжево-красные лучи, их-то вы и видите.

Како бразуется тепло и холод?

Одни предметы кажутся на ощупь горячими, другие – холодными. Иногда воздух кажется нам раскаленным, иногда – прохладным. Почему это так? Согласно современной теории, тепло получается в результате движения молекул и атомов. Например, молекулы, из которых состоит воздух, способны свободно двигаться, натыкаясь друг на друга и на различные предметы на своем пути. Так вот, эти молекулы могут двигаться быстрее или медленнее. Если они двигаются быстро, мы говорим, что температура воздуха высокая и что воздух горячий. Если они двигаются медленно (как бывает в холодный день), мы ощущаем, что воздух холодный. Что касается жидких и твердых веществ, то атомы и молекулы в них хотя и не могут передвигаться свободно, но все же способны ускорять свое движение.

Например, в горячем железном кубике атомы совершают около миллиона движений в секунду, то есть движутся чрезвычайно быстро. Если вы притронетесь кончиком пальца к этому кубику, вы почувствуете боль, потому что молекулам вашей кожи при внезапном и резком соприкосновении с быстро движущимися частицами железа передалось это движение. Действительно ли молекулы движутся? Многочисленные эксперименты полностью подтверждают это.

Действительно, под микроскопом можно увидеть, как крохотные частички материи в капле воды постоянно вздрагивают под ударами миллионов невидимых движущихся молекул. Средняя скорость движения молекулы кислорода при температуре таяния льда равняется примерно четыремстам двадцати метрам в секунду, а молекулы водорода – в четыре раза быстрее. В пятнадцати кубических сантиметрах воздуха каждую секунду происходят тысячи миллиардов столкновений между молекулами! Тепло и температура – это не одно и то же. Тепловая энергия, которую содержит в себе тело, зависит от энергии движения его молекул и атомов. Количество тепла измеряется в калориях.

Калория равняется количеству тепла, которое требуется для того, чтобы подогреть один грамм воды на один градус по Цельсию. А температура тела показывает, до какой степени, или «градуса», эта тепловая энергия его подогрела. Самая низкая возможная температура – 273 градуса ниже нуля по Цельсию. Ученые считают, что при такой температуре молекулы перестают двигаться, то есть находятся в состоянии покоя.

Почему огонь горячий?

Ответом на этот вопрос является само определение огня. Огонь сопровождает горение – быстро протекающую реакцию, при которой выделяется тепло и свет. Существует несколько видов химических реакций, которые могут иметь результатом явление, которое мы называем огнем. Самая обычная из них – реакция между кислородом и топливом. Если в результате ее выделяется тепло и свет, мы получаем огонь. Чтобы развести огонь, необходимы три вещи.

Первое – это горючее, второе – кислород. Горючее быстро начинает соединяться с кислородом. Когда в костре горят дрова или в плите горит газ, происходит энергичное взаимодействие между топливом и содержащимся в воздухе кислородом. Третья вещь, необходимая нам для разведения огня, – это тепло. Бумага или дерево не могут загореться просто от одного воздействия на них воздуха. Обычно для этого нужна зажженная спичка. Когда бумага нагревается достаточно сильно, кислород начинает активно вступать с ней в реакцию, – и бумагу охватывает пламя.

Каждый вид топлива может загореться лишь при определенной температуре. Она называется температурой его возгорания. Представьте себе деревянную палочку, нагреваемую до температуры возгорания при помощи горящей спички. Она охватывается пламенем не вся. Причина этого состоит в том, что кислород не соприкасается с палочкой в целом, а только с верхним ее слоем, превращающимся под действием жара в газообразное вещество. Поскольку нагрев продолжается, частички газа и кислород в воздухе двигаются очень быстро. В этих условиях газовые и кислородные частицы соединяются очень легко и быстро. Выделяется тепло и свет: мы получили огонь.

При некоторых видах горения никакого света не выделяется. Если топливо реагирует с кислородом медленно, выделяется одно лишь тепло. Это происходит, например, когда ржавчина съедает железо. Ржавление – это всего лишь очень медленная форма горения, настолько медленная, что вы даже не можете почувствовать тепла, выделяемого при этом. Огонь – это быстрое горение, или воспламенение, а при воспламенении выделяется и тепло, и свет.

Бывает ли термометр без ртути?

Мы настолько привыкли к тому, что термометры состоят из тоненькой трубки, заполненной ртутью, что редко задумываемся о том, зачем нужна эта ртуть в этой трубке, то есть как этот прибор работает. Термометр, или градусник, – это просто прибор для измерения количества тепла. Его принцип работы втом, что тепло способно влиять на различные вещества, изменяя их. Мы наблюдаем за изменениями, происходящими с веществом, и считаем, что они произошли под воздействием определенного количества тепла. Ртуть используется в градусниках по той простой причине, что она очень быстро реагирует на повышение температуры. Расширение этого материала происходит равномерно, и это очень хорошо заметно.

В современных ртутных градусниках тепло заставляет ртуть расширяться, верхняя отметка ее начинается двигаться вверх по узкой стеклянной трубке, а шкала на термометре показывает нам, насколько высоко она поднялась. Спирт, например, тоже может быть использован в градусниках. Но использование его ведет к определенным проблемам. Он легко закипает, и поэтому от спирта мало проку при измерении высоких температур. Но зато он очень удобен для измерения чрезвычайно низких температур. Есть и другие типы термометров, которые обходятся вовсе без жидкостей. Вместо них используются, например, два металла. Железную и латунную пластинки соединяют, скрутив в пружину. Один конец этой пружины зафиксирован, а другой снабжен стрелкой-указателем и может свободно двигаться. Эти металлы расширяются и сжимаются по-разному.

При изменении температуры пружина закручивается и раскручивается, и эти движения перемещают указатель по круглой градуированной шкале. Прикрепив пишущее устройство к указателю и снабдив градусник вращающейся бумажной лентой, мы получим термометр, который будет записывать сведения об изменениях в температуре сколь угодно длительный период времени.