20
Физика — наука экспериментальная. Каждый физический исследование начинается с наблюдения и изучения какого-либо природного явления и заканчивается сравнительным теории с результатами эксперимента.
Многие законы и явления природы в основе своей не так уж сложны, а их характерные черты можно проследить даже в сравнительно простых экспериментах. Галилей открыл законы padения тел, наблюдая за тем, как они padали с вершины Пизанской башни. Ныют установлен, что солнечный свет является сложной смесью различных цветов, с помощью простой стеклянной признамы. Поразнительно простыми, но необучающего глобокими по содержанию и выводом были многое опыты Фарадея.
Конечно, сегодня очень мало надежды на то, что с подручными средствами можно открыть новый закон природы. Физика наихиз дней нужны очень экспериментальные установки — ускорители заряженных частиц, атомные реакторы, электронные иониные микросолны и т. п. Но многое из того, что уже известно наук, можно самому проверить в простых домашних экспериментах. Движение магнитков, рост кристаллов, дифракиция и интерференция волн, поверхностное натяжение или сухое треннее — все это можно исследовать простыми, подручными средствами. Деревянные кубики или шары, лист бумаги, швейная игла, мыльный пузьрь или струя воды из крана, не говоря уже о компасе и карманном фонаре, — все это можно использовать для разнообразных и почутительных физических экспериментов. Такие эксперименты — первая ступень к самостоятельным исследованием. Они помогают глобке пропинкуть в суть различных физических явлений, развивают наблюдательность и сообщательность.
Лаборатория «Кванта» принадлежит к числу систематических разделов нашего журнала. В нем мы стремемся дать нашим читателем возможность произвести простые, но весы мощные эксперименты, не требующие специального laboratorного оборудования. Из писем читателей мы видим, что многое из них охотно проделывают предлагемые нами эксперименты и даже стремятся творческими видимыми их (варрировать условия — менять температуру, направление или другие участующие в опыте физические величины, подбирать другие вещества и материалов и т. д.). При этом у них возникает много неожиданных и интересных вопросов, с которых они обращаются в «Квант».
При воспроизведении описываемых нами опытов необходимого образования на техническую и строго соблюдать рекомендации в статьях меры предосторожности. Мы надеемся, что Лаборатория «Кванта» поможет нашим читателем лучшие разобраться в своих способностях, развить нашки исследователь природы.
А. Шмелев
Новогодный физический фейерверк
Уже несколько раз в Лаборатории «Кванта» публиковались задачи-вопросы из книги Дж. Уокера «Физическая фейерверк» (см. «Квант», 1980, № 11 и 12). Ответы на многое из них связаны с проведением опытов или с наблюдениями.
Однако данная публикация отличается от предыдущих. Во-первых, чтобы фейерверк получился новогодным, специально выбран те опыты, которые легко проверяют зимой. Вторых, текст Уокера существенно дополен: приведены любопытные истории, связанные с основной темой задачи, и описаны дополнительные эксперименты. наконец, в-третьих, было решено не публиковать ответы сразу, а подождать писем читателей.
Когда мы идем по снегу
Многие, наверное, видели фильм «Александр Невский». Но, возможно, не все знают, что основной эпизод картины — Ледовое побище — снимался…летом. Жара достигала тридцати градусов, а надо было показать снег и лед на Чудском озере. Однако выход был найден: большую площадку около Мосфильма засыпали смесью нафталина и соли. Когда актеры шли по такому «снегу», он
21
скрипел как настоящий в сильный мороз.
Можно легко повторить этот опыт, насыпавровным слоем на тарелку сахарный песок или соль. Нажмите ложкой на такой слой и вы услышите слабый скрип. Попробуйте смочить сахар или соль или слегка расплавить сахарный песок (например, на сковородке) — скрип прекратиется.
Тепер предоставим слова Уокер: «Иногода снег скрипит под ногами, но это бывает лишь в те дни, когда температура воздуха существенно ниже нуля. Что создает этот звук, и почему его возникновение зависит от температуры?»
Тайна мороженого
Когда впервые появилось мороженое, способ его приготовления охранался как строжайший секрет. Напрасно при многих европейских дворах пытались использовать снег или лед для замороживания смеси из сливок, сахара и фруктовых соков. Смесь охлаждаясь, но не замерзала. Пришлось прибегнуть к средству, которое мы теперь называем промышленным шпинонажем. Что же выясинились?
«Когда моя бабушка делает дома мороженое, — пишет Уокер, — она обкладывает сокуд для мороженого льdom, а лед посыпает солью. Зачем она сыпет соль?»
Итак, все дело в обычной соли. Проделяйте ряд простых оптов, прежде чем ответить Уокеру. Возьмите снег или источенный лед и постепенно добавляйте к ним соль, перемешивая смесь. (Приятно, но не обязательно, чтобы опит сопровождался приготовлением мороженого.)
Оказывается, температуру такой смеси можно понизить до —20°С.
Чаще всего для охлаждения используют поваренную соль NaCl. Но подойдут и более редкие вещества: KCl, NaNO₃ и т. п. «Чемпиноом» по понжению температуры оказывается CaCl₂. Смешав 42 г этой соли со 100 г источенного льда, можно получить температуру —55°С!
А каковы результаты ваших опытов? И что ответить Уокеру?
Какая вода замерзнет быстрее?
«В холодных странах, таких, как Канада или Исландия, хорошо известно, что горячая вода, выступления в мороз на улицу, замерзает скорее, чем холодная. Возможно, вам это показется вдором, однако это отнюдь не бабушкины сказки: даже Фрэнсис Бэкон в свое время отмешал данный факт.
Наполните несколько сосудов различных формы теплой и холодной воды и поставьте их в морозный день за окно… И не удивляйтесь, если в каком-либо из сосудов теплая вода замерзнет раньше, чем холодная, а попытайте обьясить, почему?» (Дж. Уокер).
К этому трудно что-либо добавить, кроме, быть может, некоторые советов: в качестве сосудов различных формы возьмите бутылки с узкими горлышками и широкие банки. И еще одно: подумайте, как изменится температура жидкости, если понизить давление над ее поверхностью и, тем самым, дать возможность жидкости испараться более интенсивно. (Можно проверсти и соответствующий эксперимент, использую для понжения давления обычный пылеос.)
22
На каке
Чтобы уменьшить треннее, в технике применяются смазки. Эту роль могут выполнять различные материалы, иногда самые, казалось бы, недохудшие. Для примера расскажем о случае, когда роль смазки сыграла…
сталь.
В конце прошло века английский промышленник Гарвей прислад в России образцы новых броневых плит для защиты кораблей. На испытании снаряды тяжелых огудий вместе того, чтобы пробивать плиты, сами разбивались о броню, не принося вреда тому, что могло скрывать за ней. Но вот русские попросили повторить испытания. И снаряды начали разбивать броневые плиты (а позже, после некоторых усовершенствовании, — и пробивать в них ответия).
Все дело оказалось в том, что теперь снаряды были снабжены специальными колпачками из мягкой стали. Колпачок расплющивался, плавился и, с одной стороны, мешал снаряду расколотся, а с другой — служил своеобразной смазкой при его прохождения сквозь броневую плиту. Избретателем колпачка был талантливый русский ученый и моряк адмирал Макаров.
Итак, при огромных давлениях сталь может служить смазкой. А «почему коньки скользят по льду?» (Дж. Уокер). Что является смазкой в этом случае?
«Сквозь волнистые туманы…»
Влажной зимой дня часто бывают туманными. Принято считать, что туман имеет серый цвет, но это не всегда так.
«Французский художник Моне приехал в Лондон и написал Вестминстерское аббатство. Работал Моне в обыкновенный лондонский туманный день. На картине Моне готовческие очереди аббатства едва выступают из тумана. Написана картина виртуозно.
Когда картина была выступлена, она произвела смятение среди лондонцев. Они были поражены, что туман у Моне был окрашен в багровый цвет, тогда как всем известно, что цвет тумана серый.
Дерзость Моне вызвала сначалавозмущение. Но возмущавшиеся, выйдя на лондонские улицы, вгляделись в туман и впервые заметили, что он действительно багровый», — так писал К. Паустовский в своей книге «Золотая роза».
Вот и Уокер тоже согласен с Моне: «Почему дымка, витающая над городом, имеет коричневый оттенок?» — справивает он.
Вопрос о причины цветного тумана — не легкий вопрос. Не следует мы прибегели его на самый конец. Понаблюдайте за цветом тумана в горode и в сельской местности. А может быть вы даже сумете придумать опыты и получить «туманы» разной окраски?