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

Мы уже познакомились с твердостью металлов. Все материалы на свете обладают той или иной твердостью. Но, например, у нас есть предмет из незнакомого материала. Как определить его твердость? Если по всем предметам колотить молотком, то, пожалуй, немного у нас этих предметов останется!

Мы попробуем другой опыт, который поможет нам сравнивать твердость материалов без всяких лабораторных приборов.

Найди на улице кусочек обычного бутылочного стекла. Аккуратно, чтобы не порезаться, заверни его в листок бумаги и принеси домой. Возьми старую алюминиевую вилку и шило или железную иголку, небольшое старое зеркальце, стальную вилку.

Теперь давай ставить опыт. Возьми кусочек стекла и попробуй провести небольшую царапину на алюминиевой вилке, на ногте своего большого пальца руки, на зеркальце. Попробуй теперь алюминиевой вилкой поцарапать на куске бутылочного стекла, зеркальце, ногте. Теперь шилом – то же самое.

Ты заметишь, что некоторые материалы оставляют царапины на других, а некоторые нет, зато сами царапаются. Мягче всего, конечно, ноготь. А тверже всего – шило. Стекло царапает на ногте, но не может процарапать металл стальной вилки. Стальная вилка явно тверже алюминиевой, потому что шило оставляет в алюминии достаточно глубокую царапину, а по стальной вилке только скользит.

Настоящие ученые именно так и определяют твердость материала в своих лабораториях. Они или вдавливают в поверхность материала специальный шарик и измеряют глубину ямки от шарика, или царапают поверхность.

Теперь ты можешь отличить поддельный драгоценный камень от настоящего. Если настоящим камнем (алмазом, например) провести по стеклу, то он оставит царапину. А вот поддельная стекляшка, конечно же, как она ни сверкай, царапины не оставит.

Так можно использовать знания физики, чтобы тебя не обманули!

31

Еще о силах поверхностного натяжения, или Как носить воду в решете

чайное ситечко, подсолнечное масло.

Помните, я рассказывал, как муравей не может преодолеть силы натяжения жидкости и «вязнет» в обычной капле. А насколько велики эти силы на самом деле? Давайте проделаем следующий опыт. Нам понадобится подсолнечное масло и ситечко для процеживания чая. Оно обычно сделано в форме полукруглой сеточки с частыми ячейками. Через эти ячейки вода протекает свободно, а чаинки застревают и их можно выбросить.

Сухое ситечко надо густо намазать подсолнечным маслом. Потом взять чайную ложечку и аккуратно, не касаясь пальцами сеточки, начать подливать воду в ситечко. Вы увидите, что вода не вытекает! Несмотря на то что в ситечке есть дырочки, вода не может проскочить через дырочки.

Силы поверхностного натяжения держат воду в виде капелек между жирными металлическими проволочками

32

Почему полз ледник

Для этого опыта нам понадобится зонтик и несколько капель воды. А также несколько минут, чтобы разобраться с одной очень интересной теорией. В России почти два столетия назад жил человек по фамилии Кропоткин. Он получил очень хорошее техническое и военное образование и остался в истории как человек, разработавший идеи анархизма.

Но П.А. Кропоткин был еще и серьезным ученым. Он пытался ответить на довольно сложные вопросы строения и происхождения нашей Земли, как образуются горы и возникают моря… Одним из очень важных вопросов был вопрос о происхождении так называемых моренных гряд. Что это такое?

На необъятных просторах нашей Родины в полях можно обнаружить огромные камни, валуны, которые лежат как бы грядами. Словно какой-то гигант сложил ряды из этих многотонных валунов. Происхождение таких гряд на плоской равнинной территории представляло загадку для ученых. Что это? Остатки гор или холмов? Нет, ведь вокруг – твердое плато, огромная «каменная спина», и гор на ней быть не могло.

Кропоткин предложил довольно интересную теорию. На Крайнем Севере существует толстая шапка льда, намерзшей воды, – ледники. Эти ледники не стоят на месте, они ползут. Правда, очень медленно, по нескольку сантиметров в сутки, но за сотни тысяч лет могут покрыть большие расстояния, в тысячи километров. Если ледник в сутки проползает десять сантиметров, то за десять тысяч лет он проползет уже около сорока тысяч километров, то есть обернется вокруг Земли! На самом деле лед, конечно, тает по дороге, но все-таки может покрывать расстояния в тысячи километров за достаточно длительное время.

Вот при своем движении лед «сгребал» камни по пути, а в тех местах, где края ледника остановились и потом растаяли, камни легли грядами, как водоросли и мусор ложатся в линию после того, как схлынет принесшая их волна. Но что же приводит лед в движение? Почему он двигается? Тут действуют две силы. На полярную шапку все время «намерзает» новый лед, который давит вниз и во все стороны и выдавливает края ледника, толкает их вниз, к экватору. С другой стороны, давайте не забывать, что Земля вертится. И это означает, что на все предметы действует так называемая центробежная сила.

Теперь – опыт. Давайте представим, что обычный зонтик – это северная часть Земли, Северное полушарие. Раскроем зонтик и поставим вертикально. Теперь пусть кто-нибудь капнет каплю воды недалеко от вершины зонтика. Капля будет «стоять» на месте: на самой вершине зонтик почти плоский, капля не скатывается вниз. Но стоит нам раскрутить зонтик – как капля поползет к краю!

В старой книге Перельмана этот опыт тоже дается – для изучения центробежной силы. Только там в перевернутый зонтик кидается мячик. Если зонтик закрутить, то мячик выскакивает. Тоже интересно!

Более того, мы увидим, что след от капли дает нам кривую линию, то есть капля ползет «вниз и вбок». Это действует еще одна сила, сила Кориолиса. Был такой ученый, который обнаружил действие этой силы, – поэтому ей дали его имя.

То есть на ледяные горы действует сила, которая сдвигает их к экватору, в более теплые места. Так что, может быть, Кропоткин был и прав со своей теорией ледника!

Правда, есть еще одна теория, не менее изящная. Согласно этой теории на месте нашей страны до Уральских гор простиралось холодное море. Ледяные глыбы откалывались от полярной шапки, падали в это море и плыли до другого берега – как раз где-то у Самары… И несли с собой скальные куски с севера, которые набирали еще в самом начале. Достигнув берега, они таяли и оставляли камни грядами. Правда красивая теория? Ученые не могут до сих пор выбрать, какая из теорий «правильная», но это и не так важно. Зато мы познакомились с силами, действующими на каждого из нас, – хоть мы их и не замечаем.

Есть еще одно интересное наблюдение, связанное с этими силами, в первую очередь с силой Кориолиса. На нашей территории практически все реки текут с севера на юг, и, кроме того, западные берега, как правило, круче, чем восточные. Это потому, что под действием силы Кориолиса реки отклоняются на запад и подмывают западные берега. Таким образом, находясь у речки, вы чаще всего можете воспользоваться ей как компасом – указателем. Если высокий берег от вас справа, значит, вы стоите лицом на юг! Понятно, что реки петляют, поэтому лучше выбрать относительно прямой участок реки. Но зато теперь знание физических сил поможет вам ориентироваться в походах.

33

Очки без стекол, или Прицел из руки

Вообще, знание законов физики иногда помогает создать прибор не просто голыми руками, а буквально из голых рук. Не верите? Хм, давайте попробуем. Помой чисто руки. Вытри их насухо. Для опыта это не нужно, но лучше всегда начинать думать с чистыми руками. Помогает, честное слово.