Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей - Дмитриев Александр Сергеевич

27

Эмульсии – что это такое?

Мы видели, что одни вещества могут растворяться в других. Но бывает, вещества находятся в жидком состоянии, но не растворяются друг в друге. Самый простой пример – наваристый куриный бульон.

Приглядись к поверхности обычного куриного бульона (только не из бульонных кубиков, ради бога, а из обычной курицы!). Ты увидишь, как по поверхности плавают аккуратные круглые жирные пятна. С этими пятнами можно провести много интересных наблюдений.

Чтобы опыт не зависел от кулинарии, возьмем любую миску, нальем воды и капнем несколько капель обычного подсолнечного масла. Я еще положил на дно газету и прижал ее вилкой. Чтобы было видно, увеличивается текст или нет.

Вот такая миска, и на дне газета. А сверху плавают капельки масла.

Если посмотреть на увеличенный фрагмент, то мы увидим линзу-жиринку.

На фотографии видно, что капелька принимает абсолютно круглую форму и увеличивает изображение!

Ну, скажем, задумывался ли ты, почему они все круглые? Вот специально нарисовать ровный круг вряд ли получится без циркуля. А жир берет – и становится ровным кружком без всяких усилий!

Кстати, капля росы на бархатной поверхности листка тоже старается принять форму шарика. Круг или шарик получаются автоматически, здесь действуют те же силы, что «удерживают» муравья в капле воды или помогают жуку-плавунцу бежать по поверхности озера. Если мы посмотрим на схему, станет понятно. В невесомости жидкость принимает форму шара. Стягивающие поверхность силы натяжения стараются занять как можно меньшую поверхность. А из геометрии мы знаем, что из всех поверхностей при одной и той же площади шаровая занимает минимум места. Поэтому и жидкость становится шариком. А вот когда капля попадает под действие силы тяжести (плавая в другой жидкости), то она сплющивается под собственным весом и из шарика становится линзой! Мы смотрим на сплющенный шарик сверху и видим, что он, во-первых, абсолютно круглый, и, во-вторых, увеличивает изображение.

А как же ему не быть круглым, когда его «рисуют» законы физики!

Смесь жидкостей, которые не растворяются друг в друге, называется эмульсией. Например, вода и керосин или вода и бензин, куриный бульон и жир – это все эмульсии. Если взять две нерастворяющиеся друг в друге жидкости и хорошо их размешать, то жидкости превратятся в смесь мелких шариков. Из таких шариков состоит, например, молоко. Если же эмульсию оставить в покое на некоторое время, смеси опять будут разделяться. Одна жидкость, полегче (в курином бульоне это жир), будет всплывать наверх.

Мы еще поставим опыт, чтобы лучше рассмотреть это явление.

Если взять молоко прямо от коровы и поставить его в банке на ночь в прохладное место, то молоко разделится на более жирные сливки, которые всплывут вверх, и на обезжиренное (или, как говорят в деревне, снятое) молоко. Здесь действуют те же силы и законы.

28

Кильватерный след

Кильватерный след – это след, который оставляет за собой корабль. Если смотреть на морской залив с горы, то за каждым кораблем будет виден длинный след. Можем ли мы, используя свойство эмульсий не растворяться друг в друге, построить маленькую модель океана и кильватерного следа?

Запросто. Возьми любую банку, вымой ее тщательно и налей почти до краев обычной холодной воды.

Теперь окуни спичку или палец в подсолнечное масло и капни аккуратно с небольшой высоты маслом в банку. Капля масла (более жирного и легкого, чем вода) не растворится в воде, а растечется кружком. Поставь банку перед окном или лампой, чтобы видеть отражение лампы или окна в поверхности, – так лучше наблюдать за каплей.

Возьми острую палочку (зубочистку, заостренную спичку) и аккуратно потыкай в масляную каплю. Ты увидишь, что на ней образуются маленькие круглые дырочки. Еще дырочки возникают сами собой от пузырьков, поднимающихся из глубины банки.

Если теперь провести вдоль капли кончиком спички или палочки (будто корабль прошел по морю), то ты увидишь, что за спичкой остается след с завихрениями. Этот след очень точно похож на след от настоящего океанского корабля. Проведи так много раз – каждый раз будешь видеть след за «кораблем».

Теперь можно попробовать увидеть следы не только на поверхности, но и в глубине. Возьми обыкновенную зеленку и капни сверху в банку, прямо в масляную каплю. Во-первых, ты увидишь, как зеленка сразу «вскипит». Это спирт из зеленки растворяется в воде – и довольно красиво. Зеленка «повиснет» у поверхности банки, а мы точно так же проведем спичкой вдоль поверхности, глядя на нее сверху. Ты заметишь, что в глубине за спичкой тоже бегут вихри, маленькие зеленые смерчи.

Оказывается, во всех жидкостях и газах, в воздухе и воде, за быстро летящими или плывущими предметами (самолетами, лодками) образуются такие вихри.

Понаблюдай за машиной, проезжающей по пыльной дороге, – ты увидишь, что наш опыт довольно точно создает такие же вихри.

Только одна просьба – подкрашенную зеленкой воду выливай аккуратно, потому что зеленка может закрасить тебе всю раковину!

29

Хрупкость и ковкость

Перейдем к металлам. Металлы окружают нас сегодня со всех сторон. Алюминий, железо, олово, свинец, серебро, золото, чугун… Знакомые названия. А вот еще несколько веков назад металлы были очень редки, и даже обычное железо было очень дорогим. Профессия же кузнеца казалась чуть ли не колдовством.

Мы заинтересуемся одним общим свойством металлов: ковкостью. Оказывается, металл от металла отличается по тому, насколько легко его ковать, изменять его форму ударами молотка или специального пресса.

Для этого опыта будут нужны кусочки металлов или проволока. Попроси у папы кусочки медной, стальной, алюминиевой проволоки. Железную проволоку нам может заменить обычный гвоздь – гвозди делаются из мягкого железа. Стальную проволоку (если не найдешь) заменит толстая иголка. Ну уж медную-то проволоку всегда можно вытащить из обрезка провода. Только запомни раз и навсегда: никогда не бери в руки провода на улице – неважно, торчат они из земли или просто валяются. Другой конец провода может быть присоединен к электричеству, и ты можешь серьезно пострадать от удара током!

Возьми молоток, положи куски проволоки на толстый кусок металла (можно найти при желании) и бей примерно с одинаковой силой по ним по очереди. Ты заметишь, что медная проволока расплющивается легче всего, гвоздь тоже довольно легко теряет форму. А вот иголку расплющить не так-то просто.

Значит, металлы отличаются друг от друга. И для человека это различие важно. Потому что мягкие металлы (золото, серебро, медь, свинец) легко обрабатывать. Зато твердые металлы (сталь, вольфрам, молибден) дольше служат.

30

Измеритель твердости на пальце