Текст книги "Для юных физиков. Опыты и развлечения (сборник)"

Автор книги: Яков Перельман

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]

23. Биение пульса

Вы заметили, конечно, как врачи считают у больного удары пульса: они нащупывают пальцами артерию, залегающую неглубоко под кожей близ запястья руки. Но можно устроить и так, чтобы следить за биением пульса – своего или чужого – не ощупью, а непосредственно глазом. Физика поможет вам в этом.

Лучше всего воспользоваться тою темною комнатой, о которой мы сейчас говорили. Указателем пульса будет тонкий пучок световых лучей, проникающий извне в темную комнату через маленькое отверстие. На пути этого светового пучка вы помещаете маленькое зеркальце (полоску, обломок), прижатое резиновым шнурком к вашему запястью. Лучи отразятся от зеркала, и вам нетрудно будет, пробуя поворачивать руку в разные стороны, найти для нее такое положение, при котором луч, отраженный от зеркальца, ударит в потолок. На поверхности потолка появится тогда яркое белое пятно, – то, что принято называть световым «зайчиком». Следите за ним; вы убедитесь, что он все время попеременно движется туда и назад, колеблясь около некоторой средней точки. Эти беспокойные колебания светового «зайчика» – не что иное, как отражение вашего пульса: с каждым ударом пульса «зайчик» отходит в сторону и возвращается обратно, чтобы при следующем ударе повторить то же движение.

Нетрудно догадаться, почему «зайчик» пляшет в такт с вашим пульсом. Удары пульса колеблют зеркальце, привязанное к руке, а каждый хотя бы самый легкий поворот зеркальца, едва заметный для глаз, изменяет путь отраженного луча и направляет его в другое место потолка, – оттого «зайчик» и перемещается. Чем выше потолок, тем длиннее путь от зеркальца к потолку – и тем больше размахи пляшущего «зайчика».

Этим простым способом усиливать слабые движения при помощи зеркала и светового луча пользуются часто ученые для изучения таких движений, за которыми непосредственно уследить очень трудно.

24. Обманы зрения. Что длиннее?

На приложенном здесь рисунке вы легко различите две главные линии: АВ и CD, по сторонам которых проведен ряд косых линий. Если вас спросят, какая линия длиннее, АВ или CD, – вы без колебания ответите:

– Линия CD длиннее, чем АВ.

Но вооружитесь полоской бумаги и карандашом и сравните длину CD с длиной АВ. Окажется, вопреки очевидности, – что обе линии одинаковой длины!

Но даже и после того, как вы уже узнали, что прямые АВ и CD равны, они продолжают вам казаться неравными. Поверните книгу, чтобы прямая АВ шла справа налево, a CD к вам, – все-таки они будут казаться неравными. Причина зрительного обмана кроется не в направлениях сравниваемых линий, а в тех косых линиях, которые к ним примыкают: возле прямой АВ они сходятся, а возле CD – расходятся.

Вот один из примеров того, что принято называть «обманом зрения», или «иллюзией зрения». Таких обманов зрения существует очень много, и мы становимся их жертвами гораздо чаще, чем думает большинство людей. Если бы все люди знали, как обманчиво бывает подчас свидетельство их глаз, они не восклицали бы с такой уверенностью: «Я видел это собственными глазами». Вследствие обманов зрения можно собственными глазами видеть… совсем не то, что есть в действительности [14] .

25. Вкривь и вкось

Другого рода зрительный обман подстерегает вас на левом рисунке этой страницы. Рассмотрите внимательно эту фигуру, поверните чертеж в одну, в другую сторону – словом, исследуйте его возможно тщательнее и тогда ответьте на вопрос:

– В какую сторону сходятся черные пересеченные линии АВ – в правую или в левую?

Заранее могу предвидеть ваш ответ: первая и вторая линии сходятся в правую сторону; вторая и третья сходятся влево; 3-я и 4-я снова вправо и т. д. Последняя пара линий сходятся вправо.

Не правда ли, ведь вы так ответили бы?

А теперь я скажу вам, как обстоит на самом деле. На самом деле линии АВ сходятся не вправо, не влево, а вовсе не сходятся: они параллельны. Если вы этому не верите, – а такое недоверие вполне естественно, потому что сейчас сказанное самым резким образом противоречит «очевидности», – то поднимите книгу на уровень глаз и посмотрите на линии АВ так, чтобы взгляд ваш скользил вдоль их. Вы отчетливо увидите при этом, что все пересеченные линии не сходятся и не расходятся, а параллельны между собой.

Еще удивительнее правый чертеж того же рисунка. Линии АВ и CD представляются изогнутыми и обращенными вогнутыми сторонами друг к другу. Линии EF и GH тоже изогнуты, но обращены одна к другой своими выпуклыми сторонами. Это «очевидно». Но посмотрите на наши линии так, как было описано выше, чтобы взгляд скользил вдоль них, – и перед вами будут совершенно прямые, как рельсы, параллельные прямые!

Вы понимаете теперь, какой ненадежный свидетель наш глаз: он зачастую коверкает вкривь и вкось то, что видит, искажая самые ясные очертания. И если мы не хотим попадать впросак от излишней доверчивости к тому, что «очевидно», – нам необходимо всегда проверять показания зрения свидетельствами других наших чувств, – главным образом, конечно, осязания.

26. Вращающиеся круги

Здесь, на рисунке, влево внизу, вы видите черные круги, охватывающие друг друга и описанные около одного и того же центра. Кстати заметим, что такие круги часто называют параллельными на том основании, что круги каждой пары на всем протяжении одинаково отстоят друг от друга. Если хотите назвать их правильно, как математик, вы должны употребить слово: «концентрические» круги.

Итак, перед вами несколько концентрических кругов, с которыми нам предстоит проделать поучительный опыт. Возьмите книгу в руки и, глядя все время на эти круги (лучше направить взгляд не в самый их центр, а в какую-нибудь боковую точку), вращайте медленно книгу. Что произойдет при этом с кругами? Нечто непредвиденное: вам покажется, что круги тоже вертятся на бумаге в ту сторону, куда вы вращаете книгу, т. е. что они словно освободились от бумаги, на которой начерчены, и свободно вращаются – с такою же скоростью, как и книга. Ускорьте вращение книги – ускорится и вращение ваших кругов; остановите книгу – вращение кругов сразу прекратится. Вращайте книгу попеременно туда и назад – круги будут повторять это движение.

Еще заметнее это загадочное свойство кругов на правой фигуре, где начерчено сразу 6 групп таких кругов. Если эту фигуру плавно поворачивать, как мы делали раньше, то все шесть групп кружков начинают в наших глазах вращаться, каждая вокруг своего центра. Вращение книги происходит вокруг одной точки, вращение же наших кругов – около шести различных точек.

Теперь вы уже заранее можете сказать, что произойдет с колесами автомобиля, изображенного здесь на рисунке, если мы будем рассматривать его, вращая при этом книгу: колеса завертятся, каждое около своей оси, словно автомобиль в мокрую погоду «буксует» на месте на гладкой мостовой.

Значит, глаз может обманывать нас не только относительно величины линий и их направления, как мы убедились в предыдущих опытах, – но и относительно их движения; он может свидетельствовать о таком перемещении предметов, какого они в действительности вовсе не совершают. Впрочем, это для вас, конечно, не ново:

Ведь каждый день пред нами солнце ходит, —

Однако ж прав упрямый Галилей.

27. Перевернутая булавка

Мы беседовали раньше (опыт 22) о камере-обскуре, объясняли, как ее самому сделать, но не сообщили интересной вещи: что каждый человек всегда носит при себе пару маленьких камер-обскур. Это – наши глаза. Глаз устроен совершенно наподобие того ящика, который мы предлагали читателю изготовить. То, что называют «зрачком» глаза, есть не черный кружок на глазу, а отверстие, ведущее в темную внутренность нашего органа зрения. Отверстие это обтянуто снаружи прозрачной оболочкой и прикрыто студенистым, также прозрачным веществом под ней; позади зрачка к нему прилегает прозрачный «хрусталик», имеющий форму двояковыпуклого стекла; а вся внутренность глаза, позади хрусталика до задней стенки, на которой рисуется изображение внешних предметов – заполнено прозрачным веществом (вид нашего глаза в разрезе изображен здесь на рисунке слева). Но все это не мешает глазу оставаться камерой-обскурой, только несколько усовершенствованной, так как в глазу получаются более яркие и отчетливые изображения. Кстати, изображения эти на дне глаза очень мелки; например, 4-саженный телеграфный столб, который мы видим в расстоянии 10 сажен от нас, рисуется на дне глаз в виде тончайшей черточки примерно в полсантиметра длиной…

Но самое интересное здесь то, что хотя все изображения получаются в глазу, как и в камере-обскуре, перевернутыми, мы все же видим предметы в прямом виде. Происходит это переворачивание просто в силу долговременной привычки: мы привыкли пользоваться своими глазами так, что переворачиваем каждый полученный зрительный образ, приводим его в естественное положение. Что сказанное действительно происходит, вы можете проверить на опыте. Постараемся устроить так, чтобы на дне глаза получилось не перевернутое, а прямое изображение предмета. Что мы тогда увидим? Так как мы привыкли переворачивать все зрительные образы, то мы на этот раз должны увидеть не прямое, а перевернутое изображение. Это и наблюдается в самом деле, и следующий опыт убедит вас в этом.

Проколите булавкой отверстие в почтовой карточке и держите ее против окна или лампы примерно сантиметрах в 10 от правого глаза, закрыв левый глаз. А сантиметрах в двух от глаза, впереди карточки, держите булавку так, чтобы ее головка приходилась против дырочки. При таком расположении предметов вы увидите булавку, словно помещенную позади отверстия, а главное – в перевернутом виде. На нашем рисунке справа показан этот необычайный вид. Двиньте булавку немного вправо – глаз ваш увидит, что она двинулась влево.

Происходит это оттого, что в данном случае булавка на дне глаза рисуется не в перевернутом виде, а в прямом. Отверстие в карточке играет здесь роль источника света, отбрасывающего тень от булавки. Тень эта падает на зрачок, и изображение ее не переворачивается, так как она чересчур близка к зрачку и хрусталику. На задней стенке глаза получается светлый кружок – изображение отверстия в карточке, а на нем темные очертания булавки, ее тень, в прямом виде. Нам же кажется, что мы, через отверстие карточки, видим булавку позади нее (так как видна только та часть булавки, которая помещается в отверстии) и притом в перевернутом виде, потому что мы по укоренившейся привычке, бессознательно переворачиваем все получаемые зрительные впечатления.

28. Странные портреты

Здесь приложены портреты Шекспира и Пушкина, исполненные довольно необычно: что должно быть светлым, изображено черным, и наоборот, все тени – светлые.

Нельзя сказать, чтобы подобное извращенное изображение красило портреты; вы, я думаю, предпочли бы рисунки с естественным распределением света и теней. Ну что ж, ваше желание нетрудно исполнить. Смотрите, не сводя глаз, на один из этих портретов, устремив взгляд в какую-нибудь точку близ середины портрета. Считайте при этом примерно до 80-ти и затем быстро перенесите взгляд на белый потолок или стену: вы увидите там – правда, всего на мгновение – больших размеров портрет, в котором распределение света и тени будет уже вполне правильным, т. е. противоположным тому, что изображено на наших портретах.

Причина этого интересного явления кроется в том, что оболочка, выстилающая заднюю стенку нашего глаза и воспринимающая изображения наружных предметов, утомляется от действия на нее света; однако те участки этой оболочки, на которые приходятся темные части изображения, не утомляются (потому что черный свет есть отсутствие света). Когда взгляд после рассматривания нашего портрета переносится на светлую стену, то утомленные участки глазного дна, где раньше действовал свет, не воспринимают ничего, они отдыхают; между тем неутомленные участки, соответствовавшие черным местам портрета, воспринимают белую поверхность хорошо. Оттого-то вы и видите, пока глаз не отдохнул – прежнюю картину, но с обратным распределением черных и белых пятен.

Если у вас есть цветные карандаши или краски, вы можете сделать опыт еще интереснее. Нарисуйте какую-нибудь фигурку, например, синего цвета. Рассматривая эту фигуру или надпись, как в предыдущем случае, и затем быстро перенося взор на потолок, вы увидите на нем ту же фигуру или надпись, но уже не синего, а желтого цвета! Вообще это изображение будет окрашено в цвет, «дополнительный» к цвету вашего рисунка (что такое «дополнительный цвет» – было уже объяснено раньше, на 15 стр.).

29. Магнитная игла

Вы уже умеете заставить иглу плавать на поверхности воды, – об этом было сказано в опыте 9-м. Теперь воспользуйтесь своим искусством для нового, гораздо более интересного опыта. Раздобудьте магнит, хотя бы самый маленький подковообразный магнит из тех, которые до войны [15] дешево продавались в каждом игрушечном магазине. Если приблизите магнит к блюдцу с плавающей в ней иглой, то иголка послушно подплывет к соответствующему краю блюдца. Она будет заметно проворнее делать это, если, прежде чем положить ее на воду, вы проведете по ней несколько раз магнитом (проводить надо непременно одним концом магнита и притом в одном направлении, а не туда и обратно!). От этого иголка сама становится магнитом, намагничивается, и потому теперь подплывает даже и к простому, немагнитному железному предмету.

Над магнитной иглой вы сможете сделать много любопытных наблюдений. Предоставьте ее самой себе, не привлекая к краю блюдца железом или магнитом. Она займет на воде определенное направление, именно с севера на юг, как стрелка компаса. Поверните блюдце – игла попрежнему будет указывать одним концом на север, другим – на юг. Приблизьте к одному концу один конец («полюс») магнита – и вы увидите, что игла вовсе не обязательно притянется к нему именно этим концом; она может и отвернуться от него, чтобы приблизить свой противоположный конец. Здесь перед нами случай взаимодействия двух магнитов; и правило этого взаимодействия гласит, что концы разноименные (северный одного магнита и южный другого) притягиваются, а одноименные (оба северные или оба южные) – отталкиваются.

Изучив особенности движений намагниченной иглы, устройте маленький бумажный кораблик, в складки которого запрячьте вашу иглу. Вы можете изумлять непосвященных товарищей тем, что станете управлять движениями кораблика, не прикасаясь к нему: он будет слушать мановения вашей руки, – если, разумеется, в руке у вас спрятан магнит, о котором зрители не подозревают.

30. Магнитный театр

Вернее, не театр, а цирк, так как в нем показываются канатные плясуны, – разумеется, вырезанные из бумаги.

Прежде всего вам придется соорудить из картона самое здание цирка. В нем натяните внизу проволоку. Над «сценой» укрепите подковообразный магнит (см. рисунок).

Теперь займитесь «артистами». Их вырезают из бумаги и дают им самые разнообразные позы, соответственно их артистическим амплуа, с тем непременным условием, чтобы длина их равнялась длине иголки, подклеенной сзади них, вдоль фигуры; подклеить же ее можно с помощью 2–3 капель сургуча.

Если такую фигуру поставить на «канат», то она не только не упадет, но останется в вертикальном положении, притягиваемая магнитом. Слегка дергая проволоку, вы заставите своих канатных плясунов слегка покачиваться, подпрыгивать, не теряя равновесия.

Электрическое притяжение

Если даже вы еще ничего не знаете из науки об электричестве, не знакомы даже с первыми буквами ее азбуки, – вы и в таком случае можете проделать ряд простейших электрических опытов, более или менее занимательных, более или менее любопытных, и во всяком случае – полезных для вашего будущего знакомства с этой удивительной силой природы.

Лучшее место и время для наших электрических опытов – это хорошо натопленная комната в морозную зиму. Дело в том, что опыты этого рода хорошо удаются только в сухом воздухе, а нагретый воздух зимою гораздо суше, чем летом при такой же температуре…

31. Наэлектризованный гребень

Итак, перейдем к опытам. Вам приходилось, конечно, проводить гуттаперчевым гребнем по сухим (впол – н е сухим) волосам. Если вы делали это в натопленной комнате и при полной тишине, то могли слышать легкое потрескивание, издаваемое гребнем при расчесывании. Ваш гребень электризовался от трения о волосы. С таким наэлектризованным гребнем можно произвести ряд опытов, и я сейчас опишу их. Но прежде замечу еще, что в благоприятную для наших опытов погоду вы легко можете наэлектризовать свою собственную руку, если она совершенно суха. Как? Погладив кошку: вы услышите при этом тоже сухое потрескивание, а в темноте увидите даже искры. Все это, конечно, совершенно безопасные явления, которые не причиняют ни малейшего вреда ни вам, ни животному.

Гуттаперчевый гребень можно наэлектризовать и не только о волосы: если потереть его о сухую шерстяную ткань (кусок фланели), он также приобретает электрические свойства, даже еще в большей степени. Проявляются же свойства эти весьма разнообразно и прежде всего в притяжении легких тел. Подносите натертый гребень к обрезкам бумаги, к мякине [16] , к шарику из бузинной сердцевины и т. п. – все эти мелкие предметы поднимутся и пристанут к гребешку. Сделайте из легкой бумаги крошечные кораблики и пустите их на воду: помощью наэлектризованного гребня вы сможете управлять движениями вашей бумажной флотилии, как фокусник своим «волшебным» жезлом». Можно обставить опыт еще эффектнее: в бокальчик (сухой!) для яиц положите яйцо, а на нем уравновесьте горизонтально довольно длинную линейку. Такая линейка при приближении наэлектризованного гребня к одному из ее концов довольно проворно поворачивается. Вы можете заставить ее послушно следовать за вашей рукой, вооруженной гребнем – двигаться в ту или другую сторону, или даже вращаться кругом. Своего рода волшебство: двигать вещи, не дотрагиваясь до них.

32. Послушное яйцо

Таким же волшебным свойством вы можете наделить не только гуттаперчевый гребень, но и другие предметы. Палочка сургуча, потертая о фланель – или о рукав вашего платья, если оно шерстяное, – обнаружит не в менее сильной степени те же свойства. Электризуется также стеклянная трубка или палочка, если ее натирать шелком; но опыт со стеклом удается лишь в весьма сухом воздухе, если, к тому же, и шелк и стекло, для сухости, хорошо прогреты.

Вот еще забавный опыт с электрическим притяжением. Выпустите через маленькое отверстие содержимое куриного яйца – для этого лучше выдувать его содержимое через другое отверстие, на противоположном конце. Получив пустую скорлупу (отверстия залепляют воском), вы кладете ее на гладкий стол, на доску или на большое блюдо и с помощью наэлектризованной палочки заставляете это пустое яйцо послушно перекатываться вслед за нею. На постороннего наблюдателя, не знающего, что яйцо пустое, опыт этот (придуманный знаменитым Фарадеем) производит озадачивающее впечатление. Бумажное кольцо или легкий шарик также следуют за наэлектризованной палочкой.

33. Притяжение жидкостей

Притягиваются к наэлектризованным вещам не только твердые предметы, но и жидкости. Нет ничего легче, как обнаружить электрическое притяжение, например, водяной струи: гребень, проведенный по волосам, приблизьте к тонкой струе воды, вытекающей из водопроводного крана – струя заметно изогнется по направлению к гребню. Гребень нужно держать недалеко от начала струи, сантиметрах в двух от нее. Если струя тонка, она настолько чувствительна, что опыт удается во всякую погоду.

Вот старинный опыт с притяжением жидкости, описанный Тиндалем [17] . «Налейте в маленькое часовое стеклышко или чашечку для краски какого-нибудь растительного масла так, чтобы эта жидкость образовала выпуклую поверхность, немного выдающуюся над краем сосуда. Если держать над такою поверхностью сильно наэлектризованную стеклянную трубку, то на масле образуется несколько выступов, и каждый из них дает струю брызг по направлению к палочке».

34. Взаимодействие

Механика учит, что одностороннего притяжения – и вообще одностороннего действия – быть не может: всякое действие есть взаимодействие. Значит, если наэлектризованная палочка притягивает разные предметы, то она и сама притягивается к ним. Чтобы убедиться в существовании этого притяжения, нужно только сообщить гребню или палочке подвижность, например подвесив ее на нитяной петле (лучше, если нить шелковая). Тогда легко обнаружить, что всякий ненаэлектризованный предмет – хотя бы ваша рука – притягивает гребень, заставляет его поворачиваться и т. п.

Это, повторяем, общий закон природы, проявляющийся всегда и всюду: всякое действие есть взаимодействие двух тел, действующих друг на друга в противоположном направлении. Действия одностороннего, не сопровождающегося противодействием того тела, на которое действие обращено – никогда в природе не бывает.