ЮНЫЙ ФИЗИК
в пионерском лагере
Почему дым костра в тихую погоду поднимается вверх? Дым — это нагретый воздух и газы, образующиеся при горении, которые увлекают с собою мельчайшие частицы угля и золы. Дым легче, чем окружающий менее нагретый воздух; поэтому дым всплывает в воздухе, подобно воздушному шарику. Не нужно, однако, представлять себе дело так, что легкие газы сами собою поднимаются вверх, а освободившееся место заполняется более тяжелым холодным воздухом. Правда, так нередко говорят и даже пишут в иных книгах; но это лишь неудачный оборот речи. Вещи сами собой вверх не поднимаются, как бы легки они не были. Дым и воздушный шар идут вверх оттого, что их вытесняет более тяжелый воздух, опускающийся действием тяжести. Значит, если бы не было тяжести, то дым не шел бы вверх, и воздушный шарик не взлетал бы.
Даже и при отсутствии видимого дыма воздух над горящим костром поднимается вверх. Посмотрите на какой-нибудь предмет сквозь воздух над костром: вы заметите, что предмет словно дрожит. Причина дрожания та, что лучи, исходящие от предмета, поступают в ваш глаз, пронизав неспокойный и неоднородный воздух, который поднимается над костром. (По сходной причине дрожат и звезды на небе).
Еще вопрос: почему сучья при горении трещат? Жидкости, заполняющие полости в древесине, превращаются при нагревании в пар, который с треском разрывает стенки полостей. Даже дрова, которые мы называем сухими, содержат до 20 % влаги.
Многие ошибочно думают, что роса падает каплями с неба, как дождь. На самом деле она не падает, а постепенно садится на холодные предметы, выделяясь из воздуха, который к ним прилегает. На листьях роса собирается в капли, которые легко скатываются при встряхивании. Они не растекаются по листу тонким водяным слоем потому, что кожица листа покрыта восковидным веществом, которое не смачивается водой. Это очень важно для жизни растений: если бы роса или капли дождя растекались по всему листу, вода закупорила бы те мельчайшие отверстия («устьица») в его кожице, через которые растения дышат. В некоторых случаях, однако, капли на листьях приносят растениям и вред: водяные шарики могут, как зажигательные стекла, собирать солнечные лучи и причинять растению ожоги. (Поэтому, между прочим, не следует поливать водой растения при солнечном сиянии).
Ранним утром, пока солнце еще не высоко поднялось на ясном небе, капли росы переливаются радужными цветами. Не упускайте случая полюбоваться этой красивой игрой разноцветных лучей.
Что интересного можно найти в тенях, отбрасываемых предметами при сиянии солнца? Помощью теней прежде всего очень просто определить высоту одиноко стоящего дерева. Втыкают отвесно в землю шест, измеряют его высоту и длину его тени, а также длину тени, отбрасываемой деревом. Остается произвести расчет по правилу: во сколько раз тень дерева длиннее тени шеста, во столько же раз дерево выше шеста.
В тени, отбрасываемой кроной лиственного дерева, бывают разбросаны маленькие пятна света. Обратите внимание на их форму: это вытянутые кружки (эллипсы), несмотря на то, что промежутки между листьями, пропускающие свет, никогда не бывают округлые.
Вот несколько заданий о тенях для внимательного юного физика:
Отбрасывают ли тень облака?
Бросают ли тень высоко летящие птицы?
Бывают ли тени в пасмурную погоду?
Почему так сильно утомляет нас ходьба по рыхлому песку? Главная причина в следующем. Когда вы шагаете по песчанной дороге, вы выносите одну ногу вперед, другая же давит при этом назад; на плотно утоптанной дороге нога, отталкиваемая назад, находит опору; в рыхлом же песке ноги увязают. На перемещение песка ногою и на ее высвобождение вы расходуете излишнюю работу.
Здесь проявляется один из основных законов механики: всякое действие сопровождается противодействием такой же силы. Когда усилием мускулов одна нога выносится вперед (действие), остальная часть тела поддается назад (противодействие). Силу противодействия еще нагляднее можно наблюдать при ходьбе по дну лодки, приставшей к берегу: под ногами шагающего лодка уходит назад.
Ходить по болоту еще утомительнее: ваши ноги увязают так, что с большим трудом извлекаются. Любопытно, что, извлекая ноги, увязшие в болоте, вы должны бороться не столько с болотистой почвой, сколько — с чем бы вы думали? — с воздухом! Дело в том, что когда вы вытаскиваете ногу из вязкого грунта, под подошвой, как под поршнем воздушного насоса, остается пространство с разреженным воздухом. В этом пространстве воздух напирает слабо; между тем, наружный воздух давит с неослабленной силою. Вытаскивать ногу приходится против давления наружного воздуха; ноги присасываются к почве, как кровососные банки к коже. Стараясь вытащить одну ногу, вы опираетесь на другую, которая от этого еще глубже увязает. Попав в болото, люди зачастую оказываются поэтому не в силах выбраться из него без посторонней помощи.
«Когда волнуется желтеющая нива», наблюдайте за бегом волн по ее поверхности. Глаз видит, как волны пробегают через поле от края до края; однако, все колосья остаются на своих местах. Они только качаются вперед и назад: поддастся колос от ветра вперед и тотчас отклоняется обратно.
ВОЛНЫ НА ХЛЕБНОМ ПОЛЕ И НА ВОДЕ
Бег волн по хлебному полю помогает понять, что происходит с водою в реке или озере, когда по их поверхности разбегаются волны от брошенного камня. Кажется, что вода бежит вместе с волнами. На самом деле частицы воды только качаются на месте, не подвигаясь вперед. Об этом еще четыре столетия назад писал гениальный художник и ученый Леонардо да-Винчи. Вот его слова:
«Кинь соломинку в круги волн и наблюдай, как она беспрестанно качается, но не подвигается. То же происходит и с водою в волне: волна убегает от места, где она зародилась, хотя сама вода не перемещается. Морские волны похожи на те, которые порождаются ветром на ниве: мы видим их движение, хотя колосья не сходят с места».
Поучительно проделать и другой опыт, о котором рассказывает тот же ученый:
«В обширную и спокойную гладь воды брось одновременно два камешка на некотором расстоянии один от другого. Ты увидишь, что вокруг мест, куда упали камни, образуются две группы круговых волн; разбегаясь, они встречаются между собой — и тогда круги каждой группы проникают одни сквозь другие».
Чтобы заставить уплывший в озере мяч приблизиться к берегу, дети стараются иногда закинуть в воду позади мяча камень: они ожидают, что разбегающиеся волны принесут на себе мяч. Зная сказанное выше, вы не повторите этой ошибки.
Когда в тихую погоду вы смотрите издали на озеро, оно блестит, как зеркало. Вблизи же поверхность воды не блестит; если вода чистая, то удается даже различать предметы на дне. Особенно хорошо видны подводные предметы, когда смотришь с лодки прямо вниз. Отчего же озеро издали блестит, а вблизи блеска нет?
В глаз человека, стоящего далеко от озера, попадают солнечные лучи, отбрасываемые водной поверхностью под небольшим углом к ней. Когда же смотрят на воду сверху вниз, в глаз проникают лучи, отбрасываемые почти отвесно. Физика учит, что лучей, отлого отбрасываемых, заметно больше, чем рассеиваемых круто. Поэтому в первом случае лучи, посылаемые подводными предметами, теряются в лучах, обильно отбрасываемых водной поверхностью. Во втором случае слабые лучи, рассеиваемые водной гладью, не мешают глазу различить то, что находится под водой.
Вы поймете теперь, почему подводные лодки выслеживаются с самолетов.
Вопрос: Когда озеро блестит сильнее — при высоком стоянии солнца или при низком?
Весло, косо погруженное в воду, получает странный вид: оно кажется переломанным. Этот обман зрения зависит от того, что при смотрении сверху через воду подводные предметы кажутся поднятыми выше своего действительного положения. Поэтому весло, погруженное в воду наклонно, видно нам сломанным; если же держать его в воде отвесно, оно кажется укороченным.
По той же причине озеро или речка, когда с лодки видно их дно, кажутся нам мельче, чем в действительности: дно водоема приподнимается. Прямо под лодкой это кажущееся поднятие составляет примерно четвертую долю истинной глубины; вдали от лодки дно водоема кажется поднятым еще больше.
