Помоги проекту - поделись книгой:
Есть на Земле море (вернее, соленое озеро), в водах которого крайне проблематично купаться так, как мы это делали бы в любом другом водоеме. Это Мертвое море, расположенное на территории Иордании и Израиля. Оно славится своей невероятной соленостью: содержание минеральных веществ в его водах в среднем в семь раз превышает аналогичные показатели в других морях. В одном литре воды Мертвого моря содержится около 270 граммов соли! Одна из причин этого – сильное испарение.
Тот факт, что в Мертвое море практически невозможно нырнуть (а загорать можно, лежа на поверхности), обусловлен высокой плотностью его воды. Плотность рассчитывается по формуле,
ρ =
где
Человек может лежать на поверхности Мертвого моря
№ 31
По воде аки посуху. Поверхностное натяжение
Каждое лето на поверхности прудов, озер и болот можно увидеть забавных маленьких существ – клопов-водомерок. Они резво бегают по воде, перепрыгивая препятствия и закладывая головокружительные пируэты. Но что же позволяет водомерке оставаться на поверхности и не тонуть?
Во-первых, тело и лапки водомерки покрыты почти незаметными волосками, которые при помощи особых желез покрываются смазкой, препятствующей смачиванию. Они же увеличивают площадь каждой лапки – и соответственно, опору.
Но помимо этого в процесс включается интересная физическая величина – сила поверхностного натяжения. В любой жидкости молекулы взаимно притягиваются друг к другу. Те из них, которым «повезло» оказаться на поверхности, из-за отсутствия соседей большую часть силы направляют вовнутрь – точнее, вниз. Таким образом, на поверхность жидкости начинает действовать так называемая сила поверхностного натяжения, образующая нечто вроде невидимой упругой тонкой пленки. Так что водомерке помогают держаться на поверхности строгие законы физики! По воде умеют бегать и более крупные существа, например ящерицы-василиски. Но в этом случае играют роль также большая площадь лап и то, что ящерица перебирает ими с невероятной скоростью, поэтому «пленка» на поверхности воды просто не успевает нарушиться.
Особые железы вырабатывают водоотталкивающую смазку
Во многих учебниках физики описаны любопытные опыты, когда, например, монетка или булавка, аккуратно положенная на поверхность воды, не тонет: поверхностное натяжение не позволяет ей сделать это.
Именно из-за силы поверхностного натяжения капли жидкости приобретают круглую форму
Мыльный пузырь круглый, так как все его части имеют равное притяжение, будто тысячи маленьких паучков держатся ножками друг за друга.
№ 32
Упругость в природе и в науке. Закон Гука
Что произойдет с веткой дерева, на которую сели несколько птиц? Она прогнется. Вот прилетела еще одна птица, другая, третья… Ветка под их тяжестью прогибается все больше и больше. Но вот вся стайка вспорхнула и улетела. И ветка немедленно возвращается в первоначальное положение. На нее действует сила упругости. В физике упругостью принято называть свойство материала принимать первоначальную форму при деформации. Сила упругости сохраняет целостность предмета, к которому в данный момент прилагается некое воздействие. У этой силы есть предел? Конечно. Давайте представим, что на ветку вместе с воробьями сел упитанный гриф. Скорее всего, ветка просто сломается – то есть сила упругости «не справилась», приложенное усилие оказалось слишком большим. Поэтому в науке существует понятие «предел упругости»: это максимально возможное напряжение, после которого тот или иной материал окажется необратимо деформированным.
А модулем упругости принято называть то количество силы, которое нужно приложить, чтобы деформировать тот или иной материал. Например, у каучука низкий модуль, но высокий предел упругости. В 1660 году британский исследователь Роберт Гук (1635–1703) открыл закономерность, впоследствии названную его именем. Она гласит: деформация тела пропорциональна приложенной к этому телу силе. Данному закону соответствует множество формул, так как приходится рассматривать много различных вариантов и категорий исследуемых тел. Например, «закон Гука для тонкого стержня» будет выглядеть так:
где
Коэффициент упругости зависит от свойств конкретного материала, поэтому в каждом случае рассматривается особо
№ 33
Языки и пасти: физика в живой природе
У вас есть собака? В таком случае вы наверняка видели, как в жару ваш пес открывает пасть и высовывает язык. А если вам доводилось наблюдать за крокодилами, то, возможно, вы обращали внимание, как часто они лежат с открытой пастью. При этом они вовсе не ждут, что туда случайно забредет добыча! Что же все это значит?
Когда нам жарко, мы потеем. Это естественный способ терморегуляции: испаряющаяся жидкость охлаждает тело. У собак нет таких потовых желез, как у нас. А если бы и были, то шерстный покров сделал бы их бессмысленными – ведь испарение было бы затруднено. Поэтому собака высовывает язык (кстати, он у нее довольно большой по сравнению с телом!), и испаряющаяся с него слюна способствует охлаждению. Аналогично поступает и крокодил, и некоторые другие животные.
Слюна способствует охлаждению
№ 34
То, чего нет. Вакуум
Слово «вакуум» происходит от латинского «vacuus» – «пустота». Казалось бы, чего проще: вакуум – это место, где ничего нет! Но насколько достижимо такое состояние? Ведь слово «ничего» означает полную пустоту: нет ничего, даже молекул и атомов! Но даже в абсолютно пустой комнате будут присутствовать, например, молекулы кислорода или частицы других газов. Техническим вакуумом обычно называют сильно разреженный газ – с давлением более низким, чем в атмосфере. Как видите, ученые осторожны в определениях. В больших объемах добиться абсолютного вакуума невозможно. В малых, в условиях лаборатории – вполне реально.
Иногда в качестве примера приводят космическое пространство с его крайне низкой плотностью; но даже там встречаются отдельные «блудные атомы», в частности водорода.
№ 35
Вечный двигатель: хотелось бы, но…
Не правда ли, заманчиво: создать двигатель, который будет работать вечно сам по себе? Ведь такое изобретение решило бы огромное количество проблем! Но, увы, до сих пор все попытки заявить, что создан вечный двигатель, на поверку оказывались мистификацией. Почему же это невозможно?
Давайте вспомним закон сохранения энергии, законы термодинамики. Энергия не появляется ниоткуда и не уходит в никуда! А значит, двигатель нужно постоянно чем-то «подпитывать» – в зависимости от того, что он предпочитает. Дрова, нефть, бензин… Или, на худой конец, просто человек, который будет приводить загадочную машину в движение. Большинство горе-изобретателей, объявлявших, что наконец-то они создали «Perpetuum Mobile», погорели как раз на том, что использовали помощника, который должен был дергать за веревочку, подавать уголь и так далее. А живой человек тоже не может работать вечно и непрерывно!
У некоторых рыб есть ткани, генерирующие разряд
№ 36
Где подзаряжаются угри и скаты? Электрический разряд в природе
Откуда в теле электрического угря или электрического ската берется электричество? Ведь не подзаряжаются же они в самом деле от розеток?
Давайте вспомним то, о чем говорили ранее. Источником тока могут быть химические и биологические реакции, то есть любой из нас в той или иной степени генерирует электрическую энергию. Но она настолько мала, что никак не дает о себе знать. Особенность электрического угря или ската в том, что ткани, генерирующие разряд, у них сконцентрированы в одном-двух местах и обладают огромной «реактивностью», то есть рыба может ими управлять. Например, во время охоты или самообороны. Почему ток не наносит вреда самому угрю? Точного ответа на этот вопрос нет, но ученые предполагают, что роль изоляторов могут играть прослойки жировой ткани.
№ 37
Упадет ли муха с потолка? Почему нет?
На протяжении многих лет серьезные ученые обсуждали важный вопрос: что позволяет мухе удерживаться на гладком потолке?
Самой популярной была версия, согласно которой каждая лапка мухи представляет собой нечто вроде присоски. Когда лапка опускается на ровную поверхность, из-под присоски «выдавливается» воздух и под влиянием внешнего атмосферного давления она удерживается на гладкой поверхности. Но когда в распоряжении ученых оказались сверхмощные микроскопы и стало возможным рассмотреть мушиные лапки во всех подробностях, оказалось, что присосок там нет. Зато есть крошечные железы, вырабатывающие нечто вроде… клея.
Как только муха приземляется, ее лапки вырабатывают эту липкую субстанцию, и она «приклеивается» к потолку. Но как же она в таком случае бегает? Давайте приведем такой пример. Наверняка всем доводилось заклеивать что-нибудь скотчем или изолентой. И вы знаете, что оторвать их от поверхности вертикально практически невозможно. А если аккуратно подцепить уголок изоленты и тянуть ее почти параллельно поверхности, а не дергать вверх перпендикулярно, то оторвать ее довольно легко. Так же поступает и муха: она не марширует, как боевой конь, резко поднимая ноги. Она плавно отрывает лапку от поверхности скользящим движением, что и дает ей возможность быстро перемещаться по самым труднодоступным местам.
Ну и наконец, вес мухи настолько небольшой, что особых проблем с беготней по потолку у нее не возникает!
Была также популярна версия, согласно которой на лапках мух имеются коготки, которыми они цепляются за малейшие неровности
Молнии образуют озон (трехатомный кислород), а их температура в 5 раз превышает температуру на поверхности Солнца.
№ 38
«Удар в 220 вольт». Всегда ли он одинаков?
На первый взгляд странный вопрос, не так ли? Но если вдуматься, не такой уж он и наивный. Особенно если дело касается нашей личной безопасности!
220 вольт – это, скажем так, «рабочее напряжение» тока, который может питать вашу бытовую технику и прочие предметы повседневного пользования. Но если вы вели себя неосторожно и попали под ток, то величина удара, прошедшего через человеческое тело, может быть разной. Так же как и последствия. Например, если человек схватился пальцами одной руки за контакты и при этом его ноги находятся на не проводящей поверхности, такой удар, конечно, будет неприятен, но фатальных последствий, скорее всего, не принесет. Если даже одним пальцем коснуться оголенного провода, стоя на влажной земле, дело может кончиться очень плохо.
Помните, что вода – замечательный проводник? Так вот, человек, обладающий сухой кожей, дотронувшийся до оголенных контактов, находится в меньшей опасности, чем тот, у которого часто потеют руки. Ну а ситуация, в которой незадачливый электрик схватился за провода, не вытерев руки после того, как помыл их, даже не обсуждается!
Не забывайте, что воздействие тока на человеческий организм вызывает сильное сокращение мышц. Поэтому положение того, кто схватился за плохо изолированный провод ладонью, гораздо опаснее, чем у того, кто случайно задел провод локтем. В первом случае есть риск под воздействием тока вцепиться в его источник мертвой хваткой.
При ударах током значение имеет и общее состояние здоровья, но к физике это уже не относится…
№ 39
Очень атмосферно! Гром как физическое явление
Почему мы сначала видим молнию, а потом слышим гром? Существует популярная шутка: потому что глаза впереди, а уши чуть дальше! Физика придерживается иного мнения. Когда происходит молниевый разряд, окружающая его атмосфера мгновенно раскаляется до невообразимых пределов и, следовательно, резко расширяется. Возникает ударная волна, которую наши уши воспринимают как гром.
Вспомните: когда вы расчесываете сильно наэлектризованные волосы, вы слышите тихое потрескивание. Конечно, с грозой это не идет ни в какое сравнение, но можно сказать, что при расчесывании мы слышим аналог грома.
Почему возникает «гром среди ясного неба»? Потому что и молния, и гром способны «пробежать» многие километры, прежде чем отразятся в наших органах чувств. Облако, породившее молнию и гром, может находиться очень далеко от нас.
Молнии – серьезная угроза для жизни людей
№ 40
Рожденная облаками: молния
Что общего у молнии и натертого шерстью куска янтаря, о котором мы упоминали ранее? Процесс электризации.
Но как электризуются облака, рождающие молнию? Рассмотрим самый простой вариант. Каждое облако представляет собой огромное скопление пара. На высоте в несколько километров мельчайшие капельки воды в облаке начинают превращаться в льдинки, которые благодаря потокам воздуха находятся в постоянном движении. Сталкиваясь и расходясь, они начинают процесс электризации. Мелкие льдинки, заряженные положительно, поднимаются выше. Более крупные – обладающие отрицательным зарядом – опускаются в нижнюю часть тучи. И когда части грозового облака, обладающие разными зарядами, подходят близко друг к другу, происходит молниевый разряд, обладающий колоссальной силой и яркостью!
№ 41
Волосы дыбом, одежда комом. Статическое электричество
У некоторых веществ частицы атома – электроны – могут достаточно легко перемещаться, создавая дисбаланс положительных и отрицательных зарядов и накапливая излишки. Очень заметно это на ткани: например, юбка то липнет к ногам, но «раздувается» параллельно полу. Если одежда так ведет себя, да еще «искрит» и потрескивает, значит, она сделана из материала, склонного именно к такому дисбалансу.
Причиной возникновения статического поля наиболее часто бывает трение. Но иногда его вызывают, к примеру, резкие перепады температуры. Спрей-антистатик, который призван бороться с этим явлением, действует так: он как бы создает на поверхности тонкую пленочку, не позволяющую накапливаться «разбалансированным» зарядам. Они просто не удерживаются на ней и в итоге не создают никаких неудобств.
№ 42
О чем рассказали железные опилки? Свойства магнита
Вы уже знаете, что магнетизм и электричество прочно связаны. То есть можно сформировать магнитное поле при помощи электрического тока. Можно намагнитить тело, которое до того не проявляло магнитных свойств. Но не всегда требуются «усилия со стороны»: на нашей планете немало тел, обладающих собственным сильным магнитным полем. Да и сама Земля, по сути, большой магнит!
Область вокруг намагниченного предмета, в которой проявляются его особые свойства, именуют магнитным полем. Причем каждый магнит имеет так называемые полюса, которые принято обозначать как S и N («Юг и «Север»). Удивительно, но разломив магнит пополам, мы получим два магнита поменьше, у каждого из которых тоже будут два полюса! Мы можем измельчить магнит буквально на группы молекул (кстати, каждая такая группа именуется доменом), и у каждой группы снова возникнут два полюса – все те же S и N.
Магнитное поле невозможно увидеть невооруженным глазом – так утверждают все учебники. Но мы все же попробуем «проявить» его. Возьмите немного железных опилок и равномерно рассыпьте их по листу бумаги. А потом поместите под него магнит. Опилки на бумаге «сложатся» в очень интересную картинку: большая их часть соберется возле полюсов, а остальные распределятся по бумаге, напоминая то ли барханы в пустыне, то ли концентрические круги на воде. То есть магнитное поле обретет форму, по крайней мере, в нашем зрительном восприятии.
Если вы возьмете два магнита и попробуете совместить их одинаковые полюса, например, N и N, то вы почувствуете явное сопротивление.
Намагниченный предмет можно размагнитить, сильно нагрев его. Нагревание заставляет домены беспорядочно двигаться, в итоге они теряют свои свойства
Опилки располагаются вдоль магнитных силовых линий
№ 43
Упрямая стрелка. Земная ось и компас
Почему стрелка компаса всегда указывает на север? Так как Земля является магнитом, то, соответственно, у нее есть магнитные полюса и магнитное поле. Если представить, что у нас есть возможность провести опыт с железными опилками в масштабах целой планеты, то наиболее густо опилки собрались бы возле полюсов, а сама планета была бы окружена красивыми расходящимися «опилочными» кругами…
Стрелка компаса – это тоже магнит, и у нее тоже есть полюса. Под воздействием земного магнитного поля она обязательно «синхронизируется» с ним и укажет, где по линии меридиана находятся север и юг. Но бывают случаи, когда компасу доверять нельзя. Стрелка может «сойти с ума» в районе залегания больших пластов магнитных руд (классический пример – «Курская магнитная аномалия») либо вблизи крупных намагниченных предметов из металла.
Круговая шкала
Магнитная стрелка
№ 44
Рельсы на вырост. Нагревание и расширение
Когда начинается строительство железной дороги, линии электропередач, моста или другого крупного объекта, инженеры обязательно должны принимать во внимание явление теплового расширения, то есть тот факт, что при нагревании большинство твердых тел, жидкостей и газов увеличиваются в объеме. Конечно, странно было бы предполагать, что металлический рельс в жару будет на метр длиннее, чем в мороз. Изменения не столь велики. Например, считается, что знаменитая Эйфелева башня летом на 13–15 сантиметров выше, чем зимой.
Чем же объясняется это явление?
При нагревании атомы вещества начинают двигаться более активно, нежели в охлажденном состоянии. Амплитуда движения увеличивается, они как бы «расталкивают» своих соседей – и в результате тело немного расширяется. Причем в жидкостях и газах эффект более заметен.
№ 45Родословная сосулек. Как и почему они появляются?
Для жителей севера сосульки на краю крыш являются настолько привычным «украшением», что они не задумываются об их происхождении. А ведь процесс довольно интересный!
Обычно сосульки ассоциируются с оттепелью, когда температура воздуха повышается. Но в это время они просто больше обращают на себя внимание, так как начинают «плакать» и с шумом отваливаться с крыш, балконов и веток деревьев. А вот для образования сосульки нужны иные условия. Идеальный вариант – небольшой мороз и яркое солнце, которое нагревает твердые тела (например, крышу дома), и из-за этого лежащий там снег начинает таять. Тонкие струйки воды под воздействием силы тяжести стекают вниз, по пути застывая на холодном воздухе. Один слой намерзает на другой, и в итоге сосулька может достигнуть длины в несколько метров.
№ 46
Зрение. Уникальный природный механизм
Глаз большинства живых существ имеет круглую форму (отсюда и название «глазное яблоко»). В передней части оболочки-склеры находится прозрачная роговица. Непосредственно под ней – радужная оболочка, она у разных людей может иметь разный цвет: черный, голубой, зеленый… В центре радужки находится отверстие – зрачок. Это поистине уникальное изобретение природы, так как в зависимости от освещения зрачок может менять свой диаметр. Непосредственно за зрачком расположена еще одна удивительная штука – хрусталик. Он играет роль линзы. Полость между радужкой и роговицей заполнена жидкостью.
За хрусталиком всю полость склеры заполняет так называемое стекловидное тело. Так же как и хрусталик, оно прозрачно. Наконец, задняя часть склеры выстлана сетчаткой, состоящей из тонких волокон, непосредственно соединенных со зрительными нервами. И как же все это работает?
Когда в глаз попадает свет, он преломляется роговицей, стекловидным телом и хрусталиком и «передает» на сетчатку изображения предметов, которые в это время находятся в непосредственной близости от нас. Там изображение воспринимается зрительными нервами (их дополнительно раздражает свет) и передается в мозг. Мы получаем сигнал и воспринимаем предмет таким, каким его представили нам сложнейшие механизмы глаза. Удивительно, но хрусталик обладает способностью «подстраиваться» под наши нужды: когда нам надо рассмотреть предмет, находящийся в отдалении, хрусталик слегка сжимается окружающими его мышцами, соответственно, меняется его кривизна, и эта природная линза становится более мощной!
Преломлением света в физике принято называть изменение направления луча на границе двух сред
№ 47
Страшно, аж жуть. Почему у животных светятся глаза?
Эта особенность ярче всего выражена у животных, ведущих ночной образ жизни. Их глаза обладают одной особенностью: дополнительным слоем ткани, отражающей свет, внутри склеры. Но этот слой вовсе не «порождает» свет, как многие думают. Если посадить кошку в совершенно темную комнату, ее глаза не будут светиться, так как для этого нужен какой-то посторонний источник света – пусть даже очень слабого. В природе эту роль с успехом играют звезды и луна. Попадая в глаз животного, свет достигает отражающего слоя и исходит обратно. Весь этот процесс значительно улучшает ночное зрение кошки или другого животного.
Отчасти такой эффект, правда, не столь выраженный, сохранился и у человека: вам доводилось выбраковывать фотографии из-за того, что на них у вас красные глаза? Так получилось потому, что лучи вспышки попали в глаза и частично отразились.
Поделиться книгой: