Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей - Дмитриев Александр Сергеевич
Ученые используют атомарные силы, подобные проявившимся в нашем опыте, для различных процессов. Например, есть метод холодной сварки металлов. Поверхности двух металлических деталей обрабатываются так, чтобы очень точно прилегать друг к другу. Делается эта обработка без доступа воздуха, чтобы поверхность металла не окислялась, то есть не возникала защитная пленка из окисленного металла на поверхности.
После этого достаточно приложить друг к другу две детали так, чтобы поверхности совпали, и плотно прижать – атомы двух поверхностей притягиваются с такой силой, что образуют практически единый кусок. Детали «свариваются» без всякого нагрева, клея, как бы сами собой!
Прямо как наши кусочки стекла – только наши хотя бы сдвинуть вбок можно, потому что жидкий слой воды между стеклами все-таки сохраняет свои свойства текучести.
84
Как отличить подделку, или О состоянии вещества
Для опыта нам потребуются: кусочек янтаря или канифоли, кусочек пластмассы, иголка.
Есть сложные способы отличить состав вещества, обычно это уже даже не физика, а химия. Определить, из чего состоит вещество, часто бывает нужно – в работе милиции, чтобы поймать преступника. В работе археолога, чтобы понять, из чего наши далекие предки делали свои вещи. В работе искусствоведа, чтобы понять, не подделка ли ему попалась… И еще антиквары и ювелиры часто должны определять, из чего состоит украшение.
Самый первый исторический анекдот про подобную задачу известен еще со времен великого физика Архимеда. Архимед, древний грек, по заданию царя пытался определить, не подмешали ли в золотую корону других сплавов – и открыл знаменитый закон Архимеда. Но про это много где написано.
А вот как определить, из янтаря ли сделано украшение или из пластмассы? Здесь нам на помощь тоже приходит физика. Дело в том, что отрезать от украшения достаточно большой кусок никто не даст. Это испортит саму вещь. Но мы знаем, что вещество может быть в нескольких физических состояниях – например, жидком, твердом, газообразном, плазменном… Например, вода в твердом состоянии – лед, а в газообразном – пар.
Так вот, вещество в твердом состоянии занимает сравнительно небольшой объем. Если же оно переходит в газообразное состояние (пар), то объем вещества стремится увеличиться до очень больших пределов.
Если газообразное вещество ничто не сдавливает (например, другой газ или стенки сосуда), то в принципе оно может расширяться до бесконечности. Причем отдельные молекулы газа летают со скоростью ружейной пули!
Если бы молекулы газов не стукались друг об друга и не тормозили из-за этого, мы бы чувствовали запах пролитых духов за двести метров через одну секунду!
Так вот, это самое свойство веществ находиться в разных состояниях используют иногда антиквары (специалисты по старым вещам) и ювелиры для определения, из янтаря сделано ли украшение или это подделка из пластмассы.
Как это делается? Накаляется тонкая иголочка, и этой раскаленной иголочкой слегка касаются янтаря там, где это незаметно на украшении (например, снизу, у металлического ободочка).
И нюхают!
Микроскопическое количество вещества переходит в газообразное состояние, расширяется и попадает в нос к ювелиру. Если это пластмасса, запах неприятный – все знают, как пахнет горелая пластмасса. А если янтарь – запах приятный, как от горящей смолы.
Мы можем заменить янтарь обычной канифолью. Она продается в магазинах для паяльников. Если нагретой иголкой (иголку можно нагреть на свечке, только брать ее надо щипцами, чтобы не обжечься) дотронуться до кусочка канифоли, то мы почувствуем приятный «смоляной» запах. А если до кусочка пластмассы, например от старой игрушки, – то неприятный. Так состояние вещества позволяет отличить один материал от другого!
85
Пуговица-жужжалка
Для опыта нам потребуются: большая пуговица, веревочка или длинный шнурок.
Это старинный забавный опыт, в котором работают силы инерции, силы упругости и даже аэродинамические силы – все вместе! А показывал мне его еще мой дедушка.
Сам опыт очень прост. Берется большая – чем больше, тем лучше – пуговица, и через ее дырочки продевается веревочка, которая завязывается так, чтобы получилось веревочное кольцо. Ниточку лучше взять подлиннее. Так лучше «жужжит».
На фотографии видно, что обычная веревочка просунута в дырочки пуговицы. Лучше брать пуговицу с двумя дырочками.
Теперь, собственно, как сделать из этого прибора жужжалку? Продеваем указательные пальцы в петли по бокам и закручиваем пуговицу так, чтобы веревочка свилась на много-много оборотов. Как на фотографии.
На фотографии я растягиваю и свожу руки, а пуговица жужжит и жужжит… пока нитка не порвется!
Теперь начинаем аккуратно тянуть веревку в стороны, плавно, без особых усилий. Пуговица начнет крутиться, все быстрее и быстрее. В тот момент, когда веревка раскрутится и начнет заворачиваться в другую сторону, перестанем тянуть, немножко сведем руки. Только не слишком сильно, чтобы веревка была все время чуть-чуть натянута (а то она просто спутается). Когда пуговица завернет веревочку в другую сторону и начнет останавливаться, опять потянем в разные стороны. Пуговица начнет раскручиваться в другую сторону. И так до бесконечности. Мы потихонечку то тянем в стороны, то ослабляем натяжение – а пуговица крутится туда-сюда.
Если веревочка достаточно длинная, а пуговица большая и тяжелая, то при вращении она издает приятный жужжащий звук, словно немножко фырчит! Вот и готова жужжалка.
Что же происходит?
Когда мы тянем закрученную веревку, мы заставляем ее раскручиваться, веревка передает свою энергию пуговице, и вся система начинает вращаться. Это работают силы упругости – помните закон Гука, который мы изучали на шарике? Когда веревка раскрутится, в действие вступают силы инерции. Пуговица продолжает движение и уже сама начинает работать как мотор, закручивая веревку в другую сторону.
Ну, а воздух, обтекающий вращающуюся пуговицу (это аэродинамические силы), завихряется в дырочках, и возникают волны, звук. Мы слышим глухое жужжание!
Так, кстати, в древности выделывали ремни. Подвешивали на петле из кожи большой, тяжелый камень и закручивали. Камень начинал вращаться под действием сил инерции туда-сюда, растягивая и напрягая кожу. Кожа от этого разминалась и становилась мягкой и пригодной для изготовления хороших ремней!
А еще на подобном принципе была устроена одна из страшных разрушительных машин древности, катапульта. Частью ее устройства были скрученные ремни или веревки, которые, раскручиваясь, передавали свою энергию вылетающему из катапульты камню… Вот так по-разному можно использовать один и тот же физический прибор.
86
Бумеранг за пару часов
Для опыта нам потребуются: две деревянные линейки по 50 см, напильник, клей, инструмент, чтобы просверлить дырочки в линейках, прочные нитки.
Мало кто имел возможность бросать настоящий бумеранг, который правда возвращается. В магазинах иногда продают пластмассовые бумеранги, только чаще всего они как-то плохо летают. А когда пытаешься сделать бумеранг по чертежам из серьезных книжек, то оказывается, что надо вырезать сложные профили, что-то непонятно настраивать… И вообще мало кто объясняет, а почему же он возвращается.
На фото: я не дую, бумажка свисает вниз как язык.
Мы попробуем сочетать приятное с полезным. Обещаю, что бумеранги, сделанные по моей технологии, будут хорошо летать и возвращаться. Между тем материалы, которые нужны для их изготовления, – две деревянные линейки по пятьдесят сантиметров, которые продаются в любом канцелярском магазине, да напильник. Ну, клей еще. Все! И ничего сложного. Мало того, когда сделаешь свой собственный бумеранг и будешь при этом четко понимать, что происходит при его броске, то можно сознательно, с умом изменять его параметры, делать разные бумеранги, а не делать что-то вслепую, методом проб и ошибок. Поэтому я сначала дам достаточно подробно пояснения, а потом расскажу, как сделать сам бумеранг. Кто нетерпеливый, все равно прочитайте пояснения, потерпите – и заодно воспитывайте силу воли!
