Физика на каждом шагу - Перельман Яков Исидорович (прочитать книгу TXT) 📗
«Змея» готова; можно приступить к опытам. Поместите ее около топящейся кухонной плиты: змея завертится тем проворнее, чем плита горячее. Вообще возле всякого горячего предмета – лампы, самовара – змея будет оживленно вращаться, без устали и остановки, пока предмет горяч. Хорошо вертится змея, если подвесить ее над керосиновой лампой.
Что же заставляет змею вертеться? То же, что вращает крылья ветряной мельницы: ток воздуха. Возле каждого нагретого предмета существует течение теплого воздуха, поднимающегося вверх. Происходит этот ток оттого, что при нагревании воздух, как и все тела (кроме ледяной воды), расширяется и, значит, становится реже, т. е. легче. Окружающий воздух, более холодный, а следовательно и более плотный, тяжелый, вытеснит его вверх, заступая его место, но, тотчас же сам нагревшись, разделяет его участь и вытесняется новой порцией более холодного воздуха. Таким образом каждый нагретый предмет порождает над собой восходящее течение воздуха, которое поддерживается все время, пока предмет теплее окружающего воздуха. Другими словами, от каждого нагретого предмета дует вверх незаметный теплый ветерок. Он-то и ударяет в витки нашей бумажной змейки и заставляет ее вертеться, как ветер вертит крылья мельницы.
Рис. 80. Почему вертится бумажная змейка над лампой?
Вместо змеи можно заставить вращаться и бумажку иной формы, например в виде бабочки. Лучше вырезать ее из папиросной бумаги и, перевязав посредине, подвесить на очень тонкой ниточке или на волосе. Подвесьте такую бабочку над лампой, – она закружится, как живая. Бабочка отбросит на потолок свою тень, которая будет повторять в усиленном виде все движения бумажной бабочки. Человеку, не знающему, в чем дело, покажется, что в комнату залетела крупная черная бабочка и судорожно порхает под потолком.
С расширением воздуха от нагревания и с его восходящими теплыми течениями мы встречаемся положительно на каждом шагу Все знают, что в натопленной комнате самый теплый воздух скопляется у потолка, а самый холодный стекает к полу Оттого нам и кажется зачастую, что дует снизу в ноги, когда комната еще недостаточно нагрелась. Если приоткрыть дверь из теплой комнаты в прохладную, холодный воздух втекает снизу, а теплый вытекает вверху; пламя свечи возле двери укажет направление этих течений. Желая сохранить тепло в натопленной комнате, вы должны заботиться о том, чтобы через щель под дверью не втекал холодный воздух. Для этого достаточно прикрыть эту щель ковриком или хотя бы даже просто газетным листом; теплый воздух, не вытесняемый снизу холодным, не сможет тогда выходить через верхние щели комнаты.
Рис. 81. Как изготовляется маленький воздушный шар из папиросной бумаги. Гондолой служит крышка от жестянки; в нее кладут смоченную спиртом ватку и поджигают; шар пускают, едва только пламя погаснет (но не ранее – иначе возможен пожар)
А что такое «тяга» в печи или в фабричной трубе, как не восходящий ток теплого воздуха? А бумажные воздушные шары, пускаемые во время гуляний, разве не оттого они поднимаются, что воздух, нагреваемый в них (от пропитанной спиртом зажженной ваты), легче окружающего холодного? Мы могли бы рассказать еще о теплых и холодных течениях в нашей атмосфере, о «пассатах», «муссонах», «бризах» и тому подобных ветрах, но это отвлекло бы нас слишком далеко. Расскажем только об одном – о том, как поднялся первый воздушный шар.
Первый воздушный шар
В наши дни воздушные шары (или, как часто их называют, аэростаты) поднимаются на высоту двух десятков километров и выше. Советские воздухоплаватели Федосеенко, Васенко и Усыскин поднялись, как уже было сказано, на шаре особого устройства до высоты 22 километров. Но когда был пущен первый воздушный шар, он поднялся только на 2 километра. Для людей того времени, впервые видевших подобное зрелище и никогда о нем не слыхавших, это было необычайной диковинкой. Первый воздушный шар был изготовлен и пущен двумя братьями-французами Монгольфье в 1783 г., боле двухсот лет назад. Послушаем, как рассказывает об этом событии один из очевидцев (профессор ботанического сада Фожа):
«Велико было удивление публики, когда они увидели на площади шар в 35 метров в окружности, к нижнему концу которого была прикреплена большая деревянная рама. Его оболочка, вместе с рамой весила 250 килограммов и могла вместить 630 куб. метров газа. Когда изобретатели этой машины объявили, что она поднимется до облаков, лишь только будет наполнена газом, который они приготовят самым простым способом, то, несмотря на уважение к просвещенности и уму Монгольфье, это показалось присутствующим мало вероятным; даже наиболее образованные и наименее предубежденные люди решительно усомнились в успехе опыта.
«Наконец Монгольфье приступают к делу. Они начинают с приготовления газа, который должен вызвать поднятие шара. Машина, которая представляла собою лишь полотняную оболочку, подклеенную бумагой, и имела вид гигантского мешка в 11 метров вышины, начинает надуваться и увеличиваться на глазах присутствующих, принимает красивую форму и стремится подняться вверх. Сильные руки удерживают ее в ожидании сигнала; когда же сигнал был подан, шар быстро поднимается в воздух. Ускоренно уносится он на высоту 1 800 метров в продолжение не более десяти минут. Затем он проходит 220 метров в горизонтальном направлении и, потеряв много газа, медленно спускается.
Рис. 82. Подъем первого воздушного шара братьев Монгольфье во Франции в 1783 г.
«Без сомнения, шар продержался бы в воздухе значительно дольше, если бы было возможно внести в его устройство больше прочности. Но цель была достигнута, и этою первою попыткою, увенчавшеюся столь счастливым успехом, Монгольфье навсегда закрепили за собою славу одного из самых удивительных открытий».
Шар этот поднялся без людей. Спустя несколько месяцев состоялся и подъем первых живых «пассажиров»: это были курица, утка и баран.
Вы уже знаете, что в наше время шары наполняются не нагретым воздухом, а другими газами, которые сами по себе, даже и не будучи нагреты, легче воздуха.
Полет первого воздушного шара в России состоялся в Москве уже спустя год после сейчас описанного французского подъема, весной 1784 г. Московская газета того времени писала:
«Воздушный шар начал подниматься пополудни в 1-м часу между 20 и 25 минутами и менее нежели в 5 минут взошел выше 500 сажен (1 000 метров) и продолжал хождение свое так, что в 2 1/2 часа видели его весьма малым и можно было заключить, что он отстоял от земли на 1 500 сажен (3 километра). Он упал перед захождением солнца в 7 часов, от Москвы за 27 верст по Калужской дороге».
Какие дрова выгоднее?
Самыми «жаркими» дровами принято считать березовые; за кубометр березовых дров охотно платят поэтому дороже, чем за кубометр дров других пород. Правильно ли это?
Безусловно верно то, что березовое полено дает при сгорании больше теплоты, чем такой же величины полено сосновое или осиновое. Но если станем сравнивать количество тепла, получаемого не от кусков одинаковой величины, а от кусков одинакового веса, то выйдет совсем другое. Окажется, что килограмм древесины, безразлично какой породы, дает всегда одно и то же примерно количество тепла. Так как березовая древесина заметно тяжелее сосновой, еловой или осиновой (при одинаковой степени сухости), то понятно, почему мы считаем березу «жарче» сосны, ели и осины. Кубический метр березовых дров должен давать во столько раз больше тепла, чем осиновые, во сколько раз береза тяжелее осины. Если знать, сколько весят кубический метр дров различных пород, то нетрудно рассчитать, сколько именно стоит переплачивать на березе по сравнению с дровами других пород. Вот вес кубометра сухих дров трех пород:
