22
Первоапрельский калейдоскоп
А. А. БОРОВОЙ
Приближается первоое апреля — день веселых розыгрышей, мистификаций и маленьких обманов. Лаборатория «Квана» тоже захотелось приобретться к этому празднику. Довольно долго мы разделывали над тем, как деликатнее обманут читателя, и, наконец, решили действовать по решению: чтобы тебе не поверили, надо говорить чистую правду. Поэтому, если наш рассказ показывает вам по менышей mere страным, не полениться и проверьте сказанное на опите, преждечем кричать: «С первым апреля! Никому не верю!».
Знакомый всем сифон
Это незатейливое приспособление для перекачивания жидкости из одного сосуда в другой извесно с незапамятных времен. Различные конструкции сифонов изобретал еще Герон Александрийский, живший две тысячи лет тому назад.
Как же устроен простейший сифон? Представьте, что вам надо перелить жидкость из одного сосуда в другой, расположенный ниже первоого (рис. 1). По каким-то принципам наклонять сосуд и лить жидкость через край неудобно. В таком случае берется гибкая трубка и опускается одним концом в верхний сосуд, другим — в нижний. Это и есть сифон (не случайно слово «сифон» в переводе с гречского ознакомает «трубка», «насос»). Чтобы он начал действовать, его необходимо предварительно заполнить жидкость. Для этого чаще всего используют простой (но не всегда приятный) способ: опустив в жидкость один конец трубки, ptом отсавыют из нее воздуха,ажимают другой конец и быстро погружают его во второй сосуд.
Таким образом, для работы с фонаю надо:
— хотя бы один сосуд;
— предварительно наполненную жидкость трубку, у которой «выливное» колено опущено ниже жидкости в сосуде;
— атмосферное давление.
Хотите верьте, хотяите нет, но почти все, что перечислено, на самом деле вовсе не обязательно.
Начнем с атмосферного давления. Действительно ли оно нужно для работы с фонаю? «Совершенно необходимо,— утверждают многие,— ведь оно подпирает жидкость, не дает ей разорвать внутренний трубки на перегибке». В своей рода это утверждение — первоапрельская шутка. Если помещить сифон под колокольную насоса, он будет работать и без атмосферного давления, лишь бы только жидкость не вскипела и пузьры не перекрыли сечение трубки. Столб жидкости не разрывается из-за сил молекулярного сцепления.
Теперь о предварительном наполнении жидкости. Некоторые трубки заполняют не приходится — они это делают сами.
Изготовьте трубку, изобравенную на рисунке 2. Лучше всего из стека
23
(правда это трудно), но можно и из жести. Закройте узкий конец пальцем, а широкий опустите в верхний сосуд и резко отпустите палец. Сифон начинает переливать воду. Почему так получилось, понять совсем нетрудно. Попробуйте это сделать сами.
Существует и другой тип «самонаполняющся» трубок — фитилли. Если сосуды соединить вместе трубки фитилли, жидкость, хотя и медленно, будет перекать по нему. Здесь вступают «в игру» капиллярные явления.
Остается сказать, что и сама трубка требуется не всегда. Так, в книге Дж. Уокера «Физическая фейерверк» можно прочитать про «самоперетекающие» жидкости: «Некоторые жидкости, например жидкий полизтилен, могут сами вытекать из сосуда, если только дать только действию такого «сифона», вылив часть жидкости…». Поскольку нет никакой уверенности в том, что у вас дома хранится жидкий полизтилен, советует испыть другие жидкости. Возможно, вам удостсяда добиться нужного эфекта.
Заметим еще, что существует одна понятие замечательная жидкость, которая может вытекать из сосуда, сама поднимаясь по его стенкам. Это жидкий гелий, точнее — гелий II. Так называют эту жидкость при температуре ниже 2,17 К, когда у нее появляется совершенное удивительные свойства. И прежде всего — сверхтекучесть, то есть полное отсутствие вззости*). Вот что пишут об этом явлении Л. Д. Ландду и А. И. Китайгородский в книге «Физика для всех»:
«… Гелий II способен сам «вылезать» из стакана или пробирки, куда от наlint.
На рисунке 3 показана схема проведения этого опыта. Пробирку с гелем II помещают в дыюар над гелевой ванной. «Ни с того ни с него» гелий поднимается по стенке пробирки в виде тончайшей совершенной независной планы и перетекает через край; с донышка пробирки капают капли.
*) Вязкость жидкости обусловлена тренемом, возникающим между соседними слоями жидкости при их относительной движении.
Рис. 2.
Надо вспомнить, что благодаря капиллярным силам … молекулы всякой жидкости, смачивающей стенку сосуда, взбираются вверх по этой стенке и образуют на ней тончайшую пленку, ширина которой по порядку величины равна одной миллионной доле сантиметра. Эта пленочка незаметна для глазза, да и вообще ничего не проявляет для общной вязкой жидкости.
Картина совершенного меняется, если мы имеем дело с лишенным вззостем гелем… Через борт стакана или пробирки поверхностная плена образует сiphон, по которым гелий переливается через край сосуда.>
Понять поведение жидкого гелия можно только с точки зрения квантовой механики.
Вот видите, сколько необходимо тайт в себе общий сiphон.
24
Оптические иллюзии
«Если на клетке слона прочитать надпись «буйвол», неверь глазам своим», — так советовал действительный статский советник, директор Пробирной Палатки Козма Петрович Прутков.
Мудрый человек был несовсем прав. В основном, глазам своим можно и должно верить, поскольку наиболее колчество информации об окружающей мире человека получает именно с помощью зреня. Правда, иногда эта информация представляется совершенно неправдополобной, а иногда и вовсе оказывается неверной.
Сделаем совсем простой опыт. Свидимом большой и указательный пальцы так, чтобы между ними образовалась щель, и посмотрим сквозь нее на свет лампы. Когда щель станет совсем узкой, в центре появится черная полоска. Что это — обман зреня?
Чуть-чуть условим опыт. Для этого разглаadm кусочек алюминевой фольги (например, обертку от шоколадной конфеты) и сделаем в ней бритвой разрез длиной 4—5 см. Если теперь посмотреть одним глазом через этот разрез на свет матовой лампочки, в центре тоже можно увидеть черную полоску. Кроме нее будут видны и более слабые боковые темные полосы.
Опыты действительно очень простые, а объяснить их далеко не просто. Приятно считать, что просхождение темных полос связи с дифракцией света — огибанием волнами преляется. (Возможно, однако, что немалую роль играет здесь и физологический эффект.)
Но когда же глаза действительно обманывают нас? Почему это происходит? Какие цели при этом преследует природа?*)
Сразу скажем, что обманы следует отнести не за счет оптической системы глаза, а за счет того, что нервная система, мозг человека «подправляют», «домысливают» много гнезды. Так из плоского рисунка возникает объемный конус (рис. 4) или на границе черного и белого появляется контрастные полосы, которые как бы пытаются сделать более резкими переходами освещенности.
Чтобы наблюдать эти полосы (называемые полосами Маха), сделаем следующий опит. Диск из белого картона с нанесенным на нем черной тушью рисуком (рис. 5) приведем в быстroe вращение. Естественно ожидать увидеть в центре белый круг, затем серый и, наконец, черный с относительной плавами переходами освещенности. Однако в действительности картина представляется несколько иной: центральный белый круг опоясывает узкое яркое светлое колюцо, а на границе черного колюца видна черная полоса максимальной густоты. Это и есть полосы Маха.
В некоторых случаях их появление очень полезно. Например, они дают нам возможность читать, четко воспринять отдельные буквы. Белизна бумаги рядом с буквами каждой ярче, а границы букв — чернее, чем это есть в действительности.
Раз уж речь зашла о вращающихся дисках и связанных с ними оптических обманах, нельзя не вспомнить еще один диск — так называемый диск Бенхэма. С его помощью можно получить красный, голубой и зеленьй цвет при смешивании только белого и черного цветов. Про этот эффект часто пишут в различных популярих изданиях (см., например, журнал «Наука и жизнь»: 1970, № 11 или 1971, № 10), поскольку его очень легко наблюдать.
*) Тем, кто всегда заинтересуется этим и аналогичными вопросами, связанным с физическим среднем прочитать книгу С. И. Вавилов а «Глаз и Солнце». Совсем недавно поевилось последнее издание этой замечательной книги.