Помоги проекту - поделись книгой:
Для этого опыта нам не понадобятся сложные инструменты. Нужен лишь пузырек с йодом да стеариновая свечка. Возьми для начала ненужный кусок железа с гладкой поверхностью. Можно взять старый ножик, например, или просто ненужную металлическую деталь. Подложи под кусок металла фанерку, чтобы не попортить стол. Этот опыт лучше делать с мамой или папой, потому что нужно будет зажигать свечку. Зажги свечку и накапай стеарином на поверхность металла тонкий слой. Нам нужно сделать так, чтобы йод попадал не везде, а только туда, куда мы захотим. Дай стеарину остыть и процарапай любым острым предметом (иголкой, кончиком ножа) буквы, черточки, кружочки – все что угодно – на поверхности стеарина до самого металла.
Теперь капни йод на процарапанные надписи или рисунки. Смотри, через несколько минут йод посветлеет. Он вбирает в себя металл, железо, растворяя его. Промокни аккуратно посветлевший йод ваткой (ватку потом надо будет выкинуть) и капни снова свежую порцию йода на это же место. Так надо продолжать довольно долго, час или больше, обновляя йод через каждые 10 – 15 минут. Когда ты затем отчистишь металл от стеарина, то увидишь, что йод прогрыз в металле углубления в тех местах, куда попал!
Одно плохо, местами йод будет затекать под стеарин, и надписи получатся не очень красивыми. Но ведь для нас главное – узнать новое. А если ты захочешь сделать красивые надписи, металл надо сначала покрыть более прочным лаком (я пробовал лак для ногтей, получается лучше) и процарапывать надписи по лаку.
Оказывается, одни вещества могут «съедать» другие, а люди могут это использовать в своих целях. Я себе пометил все ключи своими инициалами и теперь сразу отличаю их от ключей моих детей или моей жены. Очень полезно.
22
Радуга на тонких пленках
Для опыта нам потребуются: блюдечко, мыльный раствор, трубочка или рамка для выдувания мыльных пузырей.
Обращал ли мой пытливый читатель внимание на радужные пятна, которые получаются на лужах от бензина? Интересно, почему возникает такое разноцветное великолепие из соединения довольно грязной воды и бензина?
Оказывается, все дело в толщине слоя бензина. Бензин (если его немного) растекается по поверхности воды невероятно тонким слоем, таким, что не измерить его толщину ни одной линейкой. Даже световая волна успевает сделать всего несколько колебаний, пока пробегает этот слой. И вот что получается: свет проникает через сверхтонкую бензиновую пленку, а затем бежит дальше, в воду. Но часть света отражается от поверхности воды и «вырывается» обратно, наружу, навстречу световому потоку. При этом световые волны, «вбегающие» в бензин и «выбегающие» из него, складываются и вычитаются, совсем как арифметические числа. Представить это трудно, но мы просто запомним.
В результате этих сложений и вычитаний (которые ученые называют красивым словом «интерференция») часть цветов может пропасть, и останется только один цвет, например красный или синий.
Ведь мы не задумывались, что обычный белый цвет содержит в себе все цвета радуги. И вот, оказывается, обычная тонкая пленка бензина может «извлекать» из смешения всех цветов тот или другой цвет!
Ученые используют это явление для измерения толщины сверхтонких материалов. Они могут подсчитать, насколько изменилась толщина пленки, через которую прошел и отразился свет, в зависимости от изменения цветов на поверхности пленки. Так что бессмысленные радужные пятна на луже скрывают очень интересное и полезное явление.
Где еще можно встретить это явление? Да в любом доме. Возьми любой фотоаппарат с хорошим объективом и посмотри на стекло объектива внимательно. Ты увидишь, что предметы, отражающиеся в объективе, меняют свой цвет, становятся красноватыми или синеватыми. Дело в том, что ученые придумали, как нанести на стекло пленку специального материала такой толщины, чтобы свет при всех «сложениях» и «вычитаниях» почти не отражался от стекла, а весь проходил внутрь фотоаппарата. Это же свойство используют астрономы для своих телескопов.
А мы можем понаблюдать сверхтонкие пленки на обычных мыльных пузырях. Проделаем простой опыт.
Возьми блюдечко, сделай мыльный раствор (или просто добавь в воду моющего средства и размешай) и выдуй мыльный пузырь через трубочку. Отлично подходит средство для мытья посуды типа «Фейри». Если ты приглядишься, то увидишь, что пузырь переливается всеми цветами радуги. Происходит то же отражение света, что и в пленке бензина, потому что толщина мыльного пузыря просто ничтожна. Если наблюдать за спокойно сидящим на блюдце пузырем (блюдце должно быть смочено мыльным раствором, тогда пузырь не сразу лопнет), то мы заметим следующие явления.
На фотографии пузыри на тарелке. Видно, что в отражениях блестит радуга.
Сначала пузырь будет не очень «разноцветным», потом с него будут как бы «стекать» цветовые пятна. Если на пузырь аккуратно подуть, то эти пятна будут завихряться, как вода в бурунах.
Это происходит потому, что изменяется толщина стенок пузыря. Мыльный раствор под действием притяжения Земли стекает вниз, пузырь становится тоньше сверху, и, соответственно, «стекают» цвета. Когда же мы дуем на пузырь, мы «гоним волну» по жидкости, а вместе с волной бегут и цветовые пятна. А почему радуга зависит от толщины пленки, мы еще узнаем, если будем читать книгу дальше. Кстати, чтобы пузыри подольше не лопались, можно добавить в раствор глицерина. Его свободно продают в аптеках, и стоит он недорого.
Вот как много красивого и увлекательного могут показать нам обычные тонкие пленки.
23
Вызывающие дождь
Думаю, пора снова немного отвлечься и заняться чем-нибудь менее напряженным для мозгов. Давайте посмотрим, как древние мексиканские индейцы использовали сразу несколько физических явлений для того, чтобы сделать магический прибор – посох, вызывающий дождь.
Если вам доведется побывать в далекой Мексике и посетить деревню, где живут настоящие горбоносые и гордые индейцы, то вы можете увидеть интересные посохи из толстых бамбуковых трубок, украшенные с концов разноцветными перьями. Посохи эти ничем не отличаются от простых разукрашенных палок – пока их не возьмешь в руки и не перевернешь кверху ногами. Тогда неожиданно внутри посоха раздается шум льющегося тропического ливня, неожиданно громкий и отчетливый. И шум этот длится очень долго, многие минуты – пока вдруг не затихнет, совсем как настоящий тропический ливень. С помощью таких приборов древние индейцы вызывали во время религиозных обрядов дождь во времена великой засухи. Современные же индейцы продают эти посохи на сувениры туристам, да еще дают послушать детям, чтобы те крепче спали в своих гамаках.
Как же устроен такой посох? Оказывается, очень просто. Ствол бамбука внутри разделен перегородками и имеет отдельные камеры. Как на рисунке.
А вот на фотографии виден обычный бамбук, как его используют индейцы для своих шаманских изделий.
В бамбуковых рощах всегда водится много скорпионов, которые заползают в эти камеры через щели в старом бамбуке и живут в них. Кстати, бамбуковая беседка по-мексикански называется смешно и просто – «лапа-лапа». А любая бамбуковая роща, даже очень большая, на самом деле – это одно растение, которое умирает все сразу в один день.
Так вот, индейцы пробивают в перегородках небольшие дырочки и насыпают в бамбуковый ствол небольшие камушки, такие, чтобы проскакивали в дырочку. Концы ствола закрывают чем-нибудь. Если поставить такой ствол вертикально, то все камушки постепенно окажутся в нижней камере. Если теперь перевернуть посох, то камушки начнут постепенно пересыпаться из камеры в камеру, но не все сразу, а по очереди – ведь дырочка маленькая. И получится как бы ряд песочных часов, расположенных одни над другими. Шум падающих камушков усиливается за счет самих камер и очень напоминает шум дождя.
Какое же физическое явление использовали индейцы в этом магическом жезле-посохе? Оказывается, такое явление, как запаздывание. Это очень важное явление, которое вмешивается в работу многих приборов вокруг нас, в работу живых организмов, работу нашего зрения, слуха, – просто мы не обращаем на него достаточного внимания.
Посмотрите, что происходит внутри бамбуковой палки: мы перевернули палку, и, казалось бы, камушки должны просто упасть на дно. Но их задерживает первая перегородка. Пока они начинают просыпаться через первую маленькую дырочку, идет время. Только через какое-то время все они проскочат в следующую камеру. Правда, к этому времени первые камушки могут проскочить уже несколько камер, но все равно движение потока будет как бы замедленным, запаздывающим по сравнению с обычным потоком камней, падающим внутри длинной трубки без всяких перегородок.
Где еще мы встречаем явление запаздывания? В самых разных процессах вокруг нас. Эхо, про которое мы говорили раньше, – это запаздывание. Или, например, в гололед машины плохо поддаются управлению. Что это означает? То, что водитель уже повернул руль, а машина все еще продолжает ехать вперед и начнет поворачивать только через какое-то время. В этом случае запаздывание может привести к катастрофе и его обязательно нужно учитывать. Еще примеры? Часто в душе начинаешь делать воду погорячее, а она не делается. Крутишь, крутишь кран – и вдруг как ошпарит! Кто с этим не сталкивался хотя бы раз в своей жизни… Здесь тоже срабатывает запаздывание.
С этим явлением надо бороться аккуратно: во-первых, уменьшить скорость любых своих действий (например, ехать в автомобиле помедленнее или крутить кран медленно), а во-вторых, не делать сразу очень больших изменений в системе, т. е. поворачивать руль автомобиля на небольшой угол и кран поворачивать небольшими порциями.
24
Шифры и тайнопись
Для опыта нам потребуются: блюдечко с молоком, картофелина, одна головка лука, спичка, два листа обычной писчей бумаги, зеркало.
Сделаем прыжок в наших исследованиях – внедримся в зону шпионов, тайнописи, зашифрованных посланий и невидимых надписей. Есть такие явления, которые мы можем использовать для составления шифра, буквально не выходя из собственной кухни.
Начнем с самого простого. Возьми обычное молоко, налей его в блюдечко. Это будет наша чернильница. Деревянным концом спички на листе бумаги напиши любое послание. Чтобы спичка лучше «держала» молоко, можно слегка расщепить ее конец ножиком. Мы уже знаем, что сделанная нами трещина – это большой капилляр, который «втягивает» жидкость.
Высуши этот листок. Надпись молоком не видна. Можешь даже написать сверху что-нибудь шариковой ручкой. Это будет маскировка.
Если теперь прогладить его очень горячим утюгом (гладить надо тщательно, проводя несколько раз по одному и тому же месту, чтобы листок отлично прогрелся), то ты заметишь желтоватую надпись, проступающую на листке! Это проявилась наша тайнопись.
Я пробовал то же самое с луковым соком и с соком от сырой картошки. Сок добыть легко: потри картофелину на терке и отожми сок через тонкую чистую тряпочку. Лук я продавил через давилку для чеснока (не хотелось тереть – пришлось бы плакать). Надписи получились даже еще лучше, особенно от лукового сока.
А что делать, если у тебя под рукой только чистая вода? Можно ли сделать тайнопись, зашифровать свое послание, не имея под рукой никаких составов, кроме чистой воды?
Оказывается, можно! Возьми два листа обычной писчей бумаги – сгодятся и листы из тетради. Положи на стол зеркало, на зеркало два листа бумаги один на другой. Намочи их теперь обычной водой хорошенько и оставь минут на пять, чтобы листы пропитались.
Теперь по верхнему листу, сильно нажимая, шариковой ручкой напиши свое тайное послание. Нажимать надо сильно, чтобы текст продавился на нижнем листе бумаги.
Сухой тряпочкой промокни аккуратно воду, сними верхний лист и оставь нижний на зеркале сохнуть (чтобы он остался ровным). Лучше этот опыт делать вечером – за ночь лист высохнет совершенно и не будет мятым.
Утром сними лист с зеркала. Ты не увидишь на нем никаких надписей. Это будет просто обычный лист бумаги, не вызывающий подозрений. Но если теперь его намочить водой, то ты увидишь, как проявится тайная надпись – более темными буквами, водяными знаками!
Почему так происходит? Когда ты продавливаешь в листе бумаги канавки шариковой ручкой, меняются свойства самой бумаги. Волокна, из которых делают бумагу, сжимаются, начинают по-другому впитывать воду. Эти различия и проявляются потом при повторном намачивании.
25
Прибор из зеркала
Для опыта нам потребуется: обычное маленькое зеркальце.
Теперь попробуем поработать с газами. Большинство веществ в природе могут находиться в нескольких состояниях: быть твердыми, жидкими или превращаться в газ. Обычная вода может быть твердой (лед), жидкой (и тогда мы ее пьем) или превращаться в пар (тогда вода живет по законам газов).
Есть очень много полезных вещей, основанных на этом простом физическом явлении. Самый простой пример – отклеивание марок от конвертов. Любители собирать марки могут легко отделить марку, подержав ее над носиком кипящего чайника. Водяной пар (газ) равномерно оседает на холодном конверте, смачивает его тонким слоем, растворяет клей – и получите готовую марку!
Мы можем проверить, правда ли, что пар – это другое состояние воды. Поднеси к носику кипящего чайника холодную столовую ложку (остудив ее заранее в холодильнике). Только бери ложку тряпкой, чтобы случайно не обжечь руку.
Ты увидишь, как на ложке мгновенно образуются капли воды – выпадает роса.
Почему пар не выпадает росой или дождем просто так, но «выпадает» на ложке? Потому что, когда пар вылетает свободно в воздух, он расширяется, разлетается по всей комнате. При этом охлаждаясь, он слишком разрежен, чтобы выпасть росой. А ложка холодная, легко отнимает тепло у пара и резко охлаждает его, когда пар еще достаточно густой. Именно поэтому после захода солнца, когда воздух резко остывает, образуется туман (водяной пар, сгущающийся из воздуха), и на холодной траве выпадает роса. Поэтому у первых летчиков при дальних перелетах обмерзали крылья самолетов. Крыло самолета, пролетая через облако, «собирало» на себя росу из облачного пара, и вода, перейдя из газообразного состояния в жидкое, затем тут же охлаждалась еще больше и затвердевала льдом.
Ученые называют это состояние «точкой росы» – когда и пар достаточно густой, и температура достаточно низкая, чтобы из газа получилась жидкость.
Как использовать уже знакомое нам состояние «точки росы», когда газ превращается в воду, для пользы дела? Одним из наиболее известных аппаратов стал аппарат по перегонке воды, отделения воды от грязи, солей. Воду с примесями кипятят, а пар пропускают по холодной трубке. На стенках трубки пар оседает, и уже чистая вода капает из трубки. Так можно из морской воды получить пресную.
Мы же познакомимся с очень важным прибором, который может пригодиться в опасной ситуации. Если произошло несчастье, катастрофа и человек получил серьезные повреждения, то у врачей часто возникает необходимость понять – жив человек или нет. Если под рукой нет никаких приборов, а пульс не прощупывается, то может помочь обычное зеркальце.
Зеркальце подносят к губам человека, и если человек хотя бы очень слабо дышит, то на зеркальце образуется туманное пятно. Это газообразная вода, которая всегда есть в легких человека, охлаждается на зеркальце и оседает туманным пятном.
Ведь воздух в легких теплый, и, выходя наружу, он охлаждается на зеркальце точно так же, как выходящий из носика чайника пар охлаждался в нашем предыдущем опыте. Хотя человек холоднее чайника, система срабатывает точно по тем же законам. Так правильное применение знаний по физике может спасти человеку жизнь!
Кстати, вы не замечали, почему облака в жаркий летний день сверху кудрявые, а внизу – все словно ножом отрезанные на одной и той же высоте? Облака словно лежат на невидимом куполе. А ведь здесь все то же явление. Просто поднимающийся с земли водяной пар охлаждается по мере подъема. И в какой-то момент достигает такой высоты, что и его температура, и его «густота» достаточны для превращения в маленькие капельки воды. И образуется облако. Но ведь температура уменьшается с высотой примерно одинаково, поэтому облака образуются все на одной высоте. Высота облака и показывает нам «точку росы».
А вот то, что облака образуются над озерами, объясняется тем, что там испаряется больше пара и есть из чего образоваться облаку. Ведь важна не только температура, но и «густота», или, как говорят ученые, плотность пара.
26
Кристаллы на дому
Для опыта нам потребуются: банка, соль.
Превращения вещества из жидкого в твердое, из газа в жидкость очень часты. Мы просто не привыкли это замечать. Между тем мы можем легко наблюдать очень интересное явление – выпадение вещества из раствора, где оно пребывает в жидком состоянии, в твердое вещество.
Возьми небольшую банку, налей в нее горячей воды и раствори в ней столько соли, сколько будет размешиваться. Надо, чтобы на дне оставалось немного крупинок соли, которые уже не будут больше растворяться.
Поставь эту баночку на подоконник и наблюдай за ней несколько недель. Конечно, не все время, а так – подходи раз в день и смотри.
Уверяю тебя, изменения, происходящие в этой банке, тебя порадуют. Я вот не буду ничего дальше рассказывать, посмотри сам, что получится. Просто есть некоторые опыты, которые надо не рассказывать, а наблюдать.
А после того, как ты понаблюдаешь за опытом, ты можешь вспомнить, где еще в жизни мы встречаем это явление. Например, в банках с прошлогодним вареньем, где кристаллы сахара выпадают из раствора и образуют корки и комки внутри банки!
Подробнее о кристаллах рассказывается в опыте 57 «Как делают драгоценности».
27
Эмульсии – что это такое?
Для опыта нам потребуются: миска с водой, кусок газеты, подсолнечное масло.
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
Для опыта нам потребуются: банка, спичка или зубочистка, подсолнечное масло, зеленка.
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.
Поделиться книгой: