Почему не выливается?
Описываемый далее опыт – один из самых легких для исполнения. Это первый физический опыт, который я проделал в дни моей юности. Наполните стакан водой, покройте его почтовой карточкой или бумажкой и, слегка придерживая карточку пальцами, переверните стакан вверх дном. Теперь можете руку убрать: бумажка не отпадет, вода не выльется, если только бумажка совершенно горизонтальна.
В таком виде вы можете смело переносить стакан с места на место – даже, пожалуй, с большим удобством, чем при обычных условиях: вода не расплескивается. При случае вам нетрудно будет изумить ваших знакомых, принеся – в ответ на просьбу дать напиться – воду в опрокинутом стакане…
Что же удерживает карточку от падения, преодолевая вес стоящей над ней воды? Давление воздуха: оно действует на карточку снаружи с силой, которая, как легко рассчитать, гораздо больше, чем вес воды в стакане, то есть 200 г.
Тот, кто впервые показал и объяснил мне этот опыт, обратил мое внимание также на то, что для успешности опыта вода должна наполнять стакан весь – от дна до краев. Если она занимает часть стакана, а остальное место занято воздухом, то опыт может не удаться: воздух внутри стакана будет давить на бумажку, уравновешивая давление наружного воздуха, и, следовательно, она должна отпасть.
Рис. 1
Узнав это, я решил тотчас же проделать опыт с неполным стаканом, чтобы самому увидеть, как бумажка отпадает. Представьте же мое удивление, когда я увидел, что она и тогда не отпадает! Повторив опыт несколько раз, я убедился, что карточка держится так же хорошо, как и при полном стакане.
Это послужило для меня наглядным уроком того, как следует изучать явления природы. Высшим судьей в естествознании должен быть опыт. Каждую теорию, какой бы правдоподобной она ни казалась нашему уму, следует проверять опытом. «Поверяя и проверяя» – таково было правило первых исследователей природы (флорентийских академиков) в XVII веке; таково оно и для физика XX века. И если при поверке теории окажется, что опыт не подтверждает ее, то надо доискаться, в чем именно теория погрешает.
В нашем случае нетрудно найти ошибку рассуждения, на первый взгляд такого убедительного. Отогнем осторожно один угол бумажки в тот момент, когда она закрывает снизу отверстие незаполненного стакана. Мы увидим, что через воду пройдет воздушный пузырь. Что это показывает? Конечно, то, что воздух в стакане более разрежен, чем воздух снаружи: иначе наружный воздух не устремлялся бы в пространство над водой. В этом и вся разгадка: в стакане хотя и остается воздух, но менее плотный, чем наружный, а, следовательно, слабее давящий. Очевидно, при опрокидывании стакана вода, опускаясь вниз, вытесняет из него часть воздуха; оставшаяся же часть, распространяясь в прежнем объеме, разрежается и давит слабее.
Вы видите, что даже простейшие физические опыты при внимательном к ним отношении могут навести на серьезные размышления. Это те малые вещи, которые поучают великому.
Лед в бутылке
Легко ли зимой получить бутылку льда? Казалось бы, что может быть легче, если на дворе мороз. Налить воды в бутылку, выставить за окно, а остальное предоставить морозу. Холод заморозит воду, и получится бутылка, полная льду.
Однако если выполнить этот опыт, вы убедитесь, что дело не так просто. Лед-то получается, но бутылки уже не оказывается: она раскалывается под напором замерзающего льда. Происходит это оттого, что вода, замерзая, довольно заметно увеличивается в объеме, примерно на десятую долю. Расширение происходит с такой неудержимой силой, что не только закупоренные бутылки лопаются, но даже и у открытых бутылок откалывается горлышко от напора расширяющегося под ним льда, вода, замерзшая в горлышке, превращается словно в ледяную пробку, закупоривающую бутылку.
Рис. 2. Замерзая в бутылке, вода разрывает ее.
Почему?
Сила расширения замерзающей воды может разрывать даже металл, если слой его не очень толст. Вода на морозе разрывает 5-сантиметровые стенки железной бомбы. Неудивительно, что так часто разрываются водопроводные трубы, когда в них замерзает вода. Расширением воды при замерзании объясняется и то, что лед на воде плавает, а не падает на дно. Если бы при затвердевании вода сжималась – как почти все другие жидкости, то лед, образовавшись в воде, не плавал бы на ее поверхности, а тонул бы. И тогда мы лишились бы тех услуг, которые доставляет нам каждую зиму
…батюшка-мороз,
Наш природный, наш дешевый
Пароход и паровоз.
Перерезать лед, оставив его целым
Вы, вероятно, слыхали, что куски льда под давлением «смерзаются». Это не значит, что куски льда замерзают еще сильнее, когда на них давят. Как раз наоборот: при сильном давлении лед тает, но, едва только образовавшаяся при этом холодная вода освобождается от давления, она снова замерзает (потому что температура ее ниже 0°). Когда мы сдавливаем куски льда, происходит следующее. Концы тех выступающих частей, которые соприкасаются между собой и подвергаются сильнейшему давлению, тают, образуя воду при температуре ниже нуля. Вода эта уходит в стороны, в мелкие пустые промежутки между выступами; там она, не испытывая уже повышенного давления, тотчас же замерзает, спаивая таким образом осколки льда в один сплошной кусок.
Рис. 3. Лед под сильным давлением тает даже на морозе
Проверить сказанное вы можете на следующем красивом опыте. Выберите ледяной брусок, обоприте его концы на края двух табуреток, стульев или каким-нибудь другим способом. Поперек бруска перекиньте петлю из тонкой стальной проволоки в 80 сантиметров длины; толщина проволоки – пол миллиметра или немного меньше. К концам проволоки привесьте два утюга или какую-нибудь другую тяжелую вещь, весом 10 килограммов. Под давлением груза проволока врежется в лед, медленно пройдет через весь брусок, но… брусок не распадется. Берите его смело в руки; он совершенно цел, словно его и не разрезали!
После того, что сказано было раньше о смерзании льда, вы поймете, в чем разгадка этого странного явления. Под давлением проволоки лед таял, но вода, перейдя поверх проволоки и освободившись там от давления, тотчас замерзала. Короче сказать, пока проволока резала нижние слои, верхние снова смерзались.
Лед – единственное вещество в природе, с которым можно сделать подобный опыт. Оттого-то по льду можно ездить на санях и кататься на коньках. Когда конькобежец опирается весом своего тела на коньки, лед под этим давлением тает (если мороз не слишком силен) и конек скользит; но, переходя на другое место, конек и здесь вызывает таяние. Куда ни ступит нога конькобежца, всюду он превращает тонкий слой льда под сталью конька в воду, которая, освободившись от давления, вновь замерзает. Поэтому, хотя лед в мороз и сух, но под коньками он всегда смазан водой. В этом и причина его скользкости.
Передача звука
Случалось ли вам наблюдать издали за человеком, рубящим дерево? Или, быть может, вы следили за тем, как вдали от вас работает плотник, вколачивая гвозди? Вы могли заметить при этом очень странную вещь: удар раздается не тогда, когда топор врезается в дерево или когда молот ударяет по гвоздю, а позже, когда топор или молот уже поднят прочь.
Если вам придется наблюдать это еще раз, отойдите на некоторое расстояние назад или продвиньтесь вперед. После нескольких проб вы найдете такое место, куда звуки ударов топора или молота доносятся как раз в момент видимого удара. Возвратитесь тогда на прежнее место – и вы снова заметите несовпадение звуков с ударами.
Теперь вам уже легче догадаться, в чем причина этих загадочных явлений. Звук требует некоторого времени, чтобы от места своего возникновения дойти до вашего уха; свет же пробегает это расстояние почти мгновенно. И может случиться, что, пока звук странствует через воздух к вашему уху, топор или молот успели уже подняться для нового удара. Тогда глаз увидит то, что слышит ухо; вам покажется, что звук совпадает не с опусканием, а с поднятием инструмента. Но если вы отойдете назад или подвинетесь вперед как раз на такое расстояние, которое пробегается звуком за время одного взмаха топора, то к моменту, когда звук дойдет до вашего уха, топор снова успеет опуститься. Тогда, конечно, вы увидите и услышите удар одновременно, но только это будут разные удары: вы видите последний удар, но слышите удар прошлый – предпоследний или еще более ранний.
Сколько же пробегает звук в воздухе за 1 секунду времени? Это в точности измерено: круглым счетом около 1/3 километра. Каждый километр звук проходит в 3 секунды, и если человек, рубящий дерево, взмахивает топором дважды в секунду, то вам достаточно находиться на расстоянии 160 метров, чтобы звук топора совпадал с его поднятием. Свет же пробегает в воздухе каждую секунду почти в миллион раз больше, нежели звук. Вы понимаете, конечно, что для всех расстояний на Земле мы можем смело считать скорость света мгновенной.
Звук передается не только через воздух, но и через другие газообразные, жидкие и твердые тела. В воде звук бежит в четыре раза быстрее, чем в воздухе, и под водой отчетливо слышен всякий шум. Рабочие в подводных кессонах (больших отвесных трубах) прекрасно слышат береговые звуки. Рыбаки вам расскажут, как разбегаются рыбы от малейшего подозрительного шума на берегу.
Еще лучше и быстрее передают звук твердые упругие материалы, например, чугун, дерево, кости. Приставьте ухо к торцу длинного деревянного бруса или бревна и попросите товарища ударить ногтем или палочкой по противоположному концу: вы услышите гулкий звук удара, переданный через всю длину бруса. Можно даже, если кругом достаточно тихо и не мешают посторонние шумы, услышать через брус тикание часов, приставленных к противоположному концу. Так же хорошо передается звук через железные рельсы или балки, через чугунные трубы, даже через почву. Приложив ухо к земле, можно расслышать топот лошадиных ног задолго до того, как он донесется по воздуху; а звуки пушечных выстрелов можно услышать этим способом от таких отдаленных орудий, грохот которых по воздуху совсем не доносится.
Так хорошо передают звук только упругие твердые материалы; мягкие же ткани, рыхлые, неупругие материалы очень плохо передают через себя звук – они его «поглощают». Вот почему вешают толстые занавеси на дверях, если хотят, чтобы звук не достигал соседней комнаты. Ковры, мягкая мебель, платье действуют на звук подобным же образом.
Мнимый колокол
В числе материалов, хорошо передающих звуки, я упомянул в предыдущей статье про кости. Хотите убедиться, что кости вашего собственного черепа обладают этим свойством?
Захватите зубами колечко карманных часов и зажмите руками уши; вы услышите вполне отчетливо мерные удары балансира, заметно более громкие, нежели тикание, воспринимаемое ухом через воздух. Эти звуки доходят до вашего уха через кости головы.
Вот еще забавный опыт, доказывающий хорошую передачу звуков через кости черепа. Привяжите к середине бечевки столовую ложку так, чтобы бечевка имела два свободных конца. Концы эти прижмите пальцами к закрытым ушам и, подавшись корпусом вперед, чтобы ложка могла свободно раскачиваться, ударьте ею о какое-нибудь твердое тело. Вы услышите низкий гул, словно возле самого вашего уха раздается колокольный звон.
Еще лучше удается опыт, если вместо ложки взять что-нибудь потяжелее.
Зажигание льдом
Мальчиком я любил смотреть, как старший мой брат зажигал папироску увеличительным стеклом. Подставит стекло под лучи солнца, наведет яркое пятнышко на кончик папиросы, и она задымится синеватой струйкой, затлеет.
– А знаешь, – сказал мне брат как-то зимой, – можно ведь и льдом зажечь папироску.
– Льдом? – изумился я.
– Зажигает, конечно, не лед, а солнце, но лед собирает его лучи, вот как это стекло.
– Ты, значит, хочешь сделать зажигательное стекло изо льда?
– Сделать изо льда стекло я не могу, да и никто не может. Но сделать зажигательную чечевицу изо льда – это мы сможем.
– Что это такое: чечевица?
Рис. 4. Таз для изготовления ледяной чечевицы
– Придадим льду такую форму, как у этого стекла, вот и получится чечевица: круглая, выпуклая, посередине толстая, по краям тонкая.
– И будет зажигать?
– Будет зажигать.
– Но ведь она холодная!
– Ничего не значит. Хочешь, попробуем.
Брат начал с того, что велел мне принести таз для умывания. Я принес, но брат забраковал его:
– Не годится: видишь, дно плоское. Надо с кривым дном.
Когда я принес другой таз, брат налил в него чистой воды и выставил на мороз:
– Пускай промерзнет до дна; тогда у нас и будет ледяная чечевица: одна сторона плоская, другая – выпуклая.
– Такая большая?
– Чем крупнее, тем лучше: больше солнечных лучей соберет в одну точку.
На другой день с утра я побежал поглядеть на наш таз. Вода замерзла в нем до самого дна.
– Славная будет чечевица! – говорил брат, постукивая по льду пальцем. – А теперь давай ее вынимать из таза.
Это оказалось делом нехитрым. Брат поставил ледяной таз в другой, где налита была горячая вода, – и лед быстро оттаял у стенок. Мы вынесли таз со льдом на двор и выложили чечевицу на доску.
– Погодка хорошая! – сказал брат, щуря глаза на солнце. – Самая подходящая для зажигания. Ну-ка, держи папироску.
Я держал папиросу, а брат, ухватив чечевицу двумя руками, обратил ее к солнцу так, чтобы самому не заслонять его лучей. Долго примеривался он, прежде чем удалось ему направить яркое пятно от чечевицы прямо на папиросу. Когда пятнышко останавливалось на моих руках, я чувствовал, какое оно горячее. Я уже не сомневался, что льдина зажжет папиросу.
И действительно, когда пятнышко покрыло конец папиросы и продержалось там с минуту, она затлелась, и от нее пошел синеватый дымок.
– Ну вот, мы и зажгли льдом, – сказал брат, беря тлеющую папиросу в рот. – Так можно хоть на самом полюсе зажечь костер без спичек – были бы дрова!
Магнитная игла
Вы уже умеете заставить иглу плавать на поверхности воды. Воспользуйтесь здесь своим искусством для нового, более интересного опыта. Раздобудьте магнит – хотя бы маленький подковообразный магнит. Если приблизить его к блюдцу с плавающей в нем иглой, то иголка послушно подплывет к соответствующему краю блюдца. Она будет заметно проворнее делать это, если, прежде чем положить ее на воду, вы проведете по ней несколько раз магнитом (проводить надо непременно одним концом магнита и притом в одном направлении, а не туда и обратно). От этого иголка сама становится магнитом, намагничивается, и потому подплывает даже и к простому, немагнитному железному предмету.
С магнитной иглой вы можете сделать много любопытных наблюдений. Предоставьте ее самой себе, не привлекая к краю блюдца железом или магнитом. Она займет на воде определенное направление, именно с севера на юг, как стрелка компаса. Поверните блюдце – игла по-прежнему будет указывать одним концом на север, другим – на юг. Приблизьте к одному концу один конец (полюс) магнита – и вы увидите, что игла вовсе не обязательно притянется к нему именно этим концом. Она может отвернуться от него, чтобы приблизить свой противоположный конец. Здесь перед нами случай взаимодействия двух магнитов. Правило этого взаимодействия гласит, что концы разноименные (северный одного магнита и южный другого) притягиваются, а одноименные (оба северных или оба южных) отталкиваются.
Изучив особенности движений намагниченной иглы, устройте маленький бумажный кораблик, в складки которого запрячьте вашу иглу. Вы можете изумлять непосвященных товарищей тем, что станете управлять движениями кораблика, не прикасаясь к нему: он будет слушать мановения вашей руки, если, разумеется, в руке у вас спрятан магнит, о котором зрители не подозревают.
Магнитный театр
Вернее, не театр, а цирк, так как в нем показываются канатные плясуны, разумеется, вырезанные из бумаги.
Прежде всего нам придется соорудить из картона самое здание цирка. В нем натяните внизу проволоку. Над сценой укрепите подковообразный магнит.
Теперь займитесь артистами: их вырезают из бумаги и придают им разные позы соответственно их артистическому назначению, с тем непременным условием, чтобы длина их равнялась длине иголки, подклеенной сзади них, вдоль фигуры; подклеить же ее можно с помощью двух-трех капель сургуча.
Если такую фигуру поставить на «канат», то она не только не упадет, но останется в вертикальном положении, притягиваемая магнитом. Слегка дергая проволоку, вы оживите своих канатных плясунов, заставив их покачиваться, подпрыгивать, не теряя равновесия.
Наэлектризованный гребень
Если даже вы еще ничего не знаете из науки об электричестве, незнакомы даже с первыми буквами ее азбуки, вы и в таком случае можете проделать ряд электрических опытов, любопытных и, во всяком случае, полезных для вашего будущего знакомства с этой удивительной силой природы.
Лучшее время и место для этих электрических опытов – хорошо натопленная комната в морозную зиму. Опыты такого рода хорошо удаются только в сухом воздухе, а нагретый воздух зимой гораздо суше, чем летом при такой же температуре.
Итак, перейдем к опытам. Вам приходилось, конечно, проводить обыкновенным гребнем по сухим (вполне сухим) волосам. Если вы делали это в натопленной комнате и при полной тишине, вы могли слышать легкое потрескивание, издаваемое гребнем при расчесывании. Ваш гребень электризовался от трения о волосы.
Обыкновенный гребень можно наэлектризовать и не только о волосы: если потереть его о сухую шерстяную ткань (кусок фланели), он также приобретает электрические свойства, даже еще в большей степени. Проявляются же свойства эти весьма разнообразно, и прежде всего в притяжении легких тел. Поднесите натертый гребень к обрезкам бумаги, к мякине, к шарику из бузиновой сердцевины и т. п. – все эти мелкие предметы поднимутся и пристанут к гребешку. Сделайте из легкой бумаги крошечные кораблики и пустите их на воду: с помощью наэлектризованного гребня вы сможете управлять движениями вашей бумажной флотилии, как «волшебным» жезлом. Можно обставить опыт еще внушительнее: в бокальчик (сухой) положите яйцо, а на нем уравновесьте горизонтально довольно длинную линейку. Такая линейка при приближении наэлектризованного гребня к одному из ее концов довольно проворно поворачивается. Вы можете заставить ее послушно следовать за гребнем: двигаться в ту или другую сторону, даже вращаться кругом.
Послушное яйцо
Таким же электрическим свойством можете вы наделить не только обыкновенный гребень, но и другие предметы. Палочка сургуча, потертая о фланель или о рукав вашего платья, если оно шерстяное, обнаруживает те же свойства. Электризуется также стеклянная трубка или палочка, если ее натирать шелком; но опыт со стеклом удается лишь в очень сухом воздухе, если к тому же и шелк и стекло хорошо просушены нагреванием.
Вот еще забавный опыт с электрическим притяжением. Выпустите через маленькое отверстие содержимое куриного яйца: для этого лучше выдувать его содержимое через другое отверстие, на противоположном конце. Получив пустую скорлупу (отверстия залепляют белым воском), вы кладете ее на гладкий стол, на доску или большое блюдо и с помощью наэлектризованной палочки заставляете это пустое яйцо послушно перекатываться вслед за нею. На постороннего наблюдателя, не знающего, что яйцо пустое, опыт этот (придуманный знаменитым ученым Фарадеем) производит озадачивающее впечатление. Бумажное кольцо или легкий шарик также следуют за наэлектризованной палочкой.
Что значит «смотреть головой»? – Тяжелая газета
– Решено! – объявил мне старший брат, похлопывая рукой по изразцам натопленной печи. – Решено: вечером мы проделываем с тобой электрические опыты.
– Опыты? Новые опыты! – восторженно подхватил я. – Когда? Сейчас? Я хотел бы сейчас!
– На всякое хотение нужно терпение. Опыты будут вечером. Сейчас я должен уйти.
– За машиной?
– Какой машиной?
– Электрической. Ведь для опытов нужна машина.
– Машина, что нам нужна, уже имеется, лежит в моем портфеле… Не вздумай, пожалуйста, рыться без меня, – угадал брат мою мысль. – Ничего не найдешь, только беспорядок устроишь, – добавил он, надевая пальто.
– Но машина там?
– Там, не беспокойся.
И брат вышел из дому, беспечно оставив портфель с машиной на маленьком столике в передней.
Если бы железо могло чувствовать, оно ощущало бы вблизи магнита то же самое, что испытывал я, оставшись один с портфелем брата. Портфель тянул меня к себе, привлекал все мои чувства и мысли. Невозможно было думать ни о чем другом, бесполезно было стараться смотреть по сторонам…
Странно, что электрическая машина может поместиться в портфеле, я представлял себе ее вовсе не такой плоской. Портфель не заперт на замочек, и если осторожно заглянуть внутрь… Что-то завернуто в газету. Ящичек? Нет, книги. Книги да книги, ничего другого в портфеле нет. Ну как я сразу не догадался, что брат шутил: электрическую машину разве запрячешь в портфель!
Брат вернулся с пустыми руками и сразу угадал по разочарованному лицу причину моего опечаленного вида.
– Мы, кажется, были с визитом в портфеле? – спросил он.
– Где же машина? – ответил я вопросом.
– В портфеле. Не видел?
– Там одни книги.
– И машина. Плохо глядел. Чем ты смотрел?
– Чем смотрел! Глазами.
– То-то и есть, что только глазами. А надо всей головой смотреть. Мало просто глядеть – нужно понимать, что видишь. Это называется «смотреть головой».
– Как же смотрят головой?
– Хочешь, покажу тебе, в чем разница между смотрением только глазами и всей головой?
Брат вынул из кармана карандаш и начертил на бумаге такую фигуру (рис. 5):
Рис. 5
– Здесь двойные линии – рельсовые пути, а одиночные – шоссе. Взгляни и скажи: какой рельсовый путь длиннее – от 1 до 2 или от 1 до 3 ?
– От 1 до 3, конечно, длиннее.
– Это ты глазами видишь. А теперь взгляни на фигуру всей головой.
– Но как? Я не умею.
– Всей головой на эту фигуру нужно смотреть так. Вообрази, что из / проведена прямая линия под прямым углом к нижнему шоссе 2–3. — Брат провел пунктирную линию на своем чертеже. – Как разделит моя линия это шоссе? На какие части?
– Пополам.
– Пополам. И, значит, все точки этой пунктирной линии отстоят от концов 2 и 3 одинаково. Что же ты теперь скажешь о точке 7? Куда она ближе: к 2 или к 31
– Теперь вижу ясно, что она одинаково отстоит и от 2 и от 3. А раньше казалось, что правая железная дорога длиннее левой.
– Раньше ты только глазами смотрел, а сейчас взглянул всей головой. Понял разницу?
– Понял. Где же машина?
– Какая машина? Ах, электрическая! В портфеле. Лежит, где лежала. Ты не заметил потому, что не умел взглянуть головой.
Брат вынул из портфеля пакет с книгами, осторожно развернул его, освободил большой газетный лист и подал мне:
– Вот наша электрическая машина.
Я с недоумением смотрел на газету.
– Думаешь, просто бумага, ничего больше? – продолжал брат. – Для глаз – да. А кто умеет взглянуть всей головой, тот признает в газете физический прибор.
– Физический прибор? Чтобы делать опыты?
– Да. Возьми-ка газету в руки. Очень легка, не правда ли? И ты думаешь, конечно, что сможешь всегда поднять ее хоть одним пальцем. А вот увидишь сейчас, что та же самая газета может иной раз сделаться очень и очень тяжелой. Подай мне вон ту чертежную линейку.
– Она иззубрена, никуда не годится.
– Тем лучше – не жалко будет, если сломается.
Брат положил линейку на стол, так что часть ее высовывалась за край.
– Тронь за выступающий конец. Легко наклонить, правда? Ну, а попробуй наклонить ее, когда я накрою другую половину газетой.
Он разостлал газету на столе, аккуратно расправив ее складки и покрыв ею линейку.
– Бери палку и шибко ударь по выступающей части линейки. Бей со всего размаха!
– Так ударю, что линейка газету пробьет и в потолок полетит! – воскликнул я, размахиваясь.
– Главное, не жалей силы.
Результат удара был совсем неожиданный: раздался треск, линейка переломилась, а газета по-прежнему осталась на столе, прикрывая другой обломок злополучной линейки.
– Газета-то тяжелее, чем ты думал? – лукаво спросил брат.
Я растерянно переводил глаза с обломка линейки на газету.
– Это опыт? Электрический?
– Опыт, только не электрический. Электрические – впереди. Я хотел тебе показать, что газета действительно может служить прибором для физических опытов.
– Но почему же она не пустила линейку? Ведь вот – я легко поднимаю ее со стола.
– В этом и суть опыта. На газету давит воздух, и с немалой силой: каждый квадратный сантиметр газетного листа он придавливает с силой целого килограмма. Когда ударяют по выступающему концу линейки, то другим своим концом она напирает на газетный лист снизу; газета должна приподняться. Если это делается медленно, то под приподнимающуюся газету успевает проникать воздух снаружи и напором своим уравновешивает давление на газету сверху. Но твой удар был так быстр, что воздух под газету проникнуть не успел: края газеты еще прилегали к столу, когда середина ее уже увлеклась вверх. Тебе пришлось поэтому поднимать не одну газету, а газету вместе с напирающим на нее воздухом. Короче сказать: тебе надо было поднять линейкой груз примерно во столько килограммов, сколько квадратных сантиметров заключает приподнимаемый участок газеты. Если бы это был участок бумаги всего в 16 квадратных сантиметров – квадратик со стороной в 4 сантиметра, – то давление воздуха на него составляло бы 16 килограммов. Но поднимаемый участок бумаги заметно больше – значит, приходилось поднимать изрядный вес, пожалуй в полсотни килограммов. Такого груза линейка не осилила и – сломалась. Веришь ты теперь, что с помощью газеты можно делать опыты?.. Когда стемнеет, приступим к электрическим.
Искры из пальцев. – Послушная палка. – Электричество в горах
Брат взял в одну руку платяную щетку, другой рукой приложил газетный лист к натопленной печке и принялся растирать его щеткой, словно обойщик, расправляющий на стене обои, чтобы хорошо прилипли.
– Гляди! – сказал брат и убрал обе руки от газеты. Я ожидал, что бумага соскользнет на пол. Однако этого не случилось: газета странным образом держалась на гладких изразцах, словно приклеенная.
– Как держится? – спросил я. – Ведь она не намазана клеем.
– Газета держится электричеством. Она теперь наэлектризована и притягивается к печке.
– Почему ты не сказал мне, что газета в портфеле была наэлектризованная?
– Она не была раньше наэлектризована. Я наэлектризовал ее сейчас, при тебе, натирая щеткой. От трения и наэлектризовалась.
– Значит, это уже настоящий электрический опыт?
– Да. Мы только начинаем… Загаси-ка свет.
В темноте смутно рисовалась черная фигура брата и сероватое пятно на месте белой печки.
– Теперь следи за моей рукой.
Я больше угадывал, чем видел то, что делал брат. Он отслоил газету от печки и, держа одной рукой на весу, приблизил к ней растопыренные пальцы другой руки.
И тогда – я едва верил своим глазам – из пальцев вылетели искры: длинные голубовато-белые искры!
– Эти искры были электрические. Хочешь попробовать сам?
Я проворно спрятал руки за спину. Ни за что! Брат снова приложил газету к печке, натер щеткой и опять извлек из своих пальцев снопы длинных искр. Я успел заметить, что он вовсе не прикасался пальцами к газете, а держал их сантиметрах в десяти от нее.
– Попробуй, не трусь, нисколько не больно. Дай руку. – Он овладел моей рукой и привлек меня к печке: – Расставь пальцы!.. Так! Что, больно?
Я не успел опомниться, как из моих пальцев выскочили кисти голубоватых искр. При их свете я увидел, что брат только наполовину отслоил газету от печки, нижняя же часть бумажного листа по-прежнему оставалась словно приклеенной. Одновременно с искрами я почувствовал легкий укол, но боль пустячная. Бояться в самом деле было нечего.
– Еще! – теперь упрашивал уже я. Брат приложил газету к печке и стал растирать – прямо ладонями рук.
– Что ты делаешь? Забыл щетку!
– Все равно. Ну, готовься!
– Ничего не выйдет! Ты тер голыми руками, без щетки.
– И без щетки можно, если руки сухие. Лишь бы тереть.
Действительно, из моих пальцев и на этот раз посыпались искры, такие же, как раньше.
Когда я насмотрелся искр досыта, брат объявил мне:
– Ну, достаточно. Теперь покажу тебе истечение электричества, то самое, которое Колумб и Магеллан видели на верхушках мачт своих кораблей… Дай-ка ножницы.
Брат приблизил в темноте острия разомкнутых ножниц к газете, полуотделенной от печи. Я ожидал искр, но увидел нечто новое: острия ножниц увенчались светящимися пучками коротких сине-красных нитей, хотя от ножниц до бумаги было еще довольно далеко. Одновременно раздавалось легкое протяжное шипение.
– Вот такие же огненные кисточки, только гораздо большие, морякам случается часто видеть на концах мачт и рей. Они называются «эльмовые огни».
– Откуда они там берутся?
– То есть кто держит над мачтами наэлектризованную газету, хочешь ты спросить? Конечно, газеты там нет, зато есть низко нависшее наэлектризованное облако. Оно и заменяет газету. Не думай, впрочем, что такое электрическое свечение остроконечий бывает только на море. Наблюдают его и на суше, особенно в горах. Еще Юлий Цезарь описал, как однажды ночью в облачную погоду острия копий его солдат светились такими огоньками. Моряки и солдаты не боятся электрических огоньков – напротив, считают их доброй приметой, конечно, без всякого разумного основания. В горах случается, что электрическое свечение появляется даже на людях – на их волосах, шапках, ушах, на всех выдающихся частях тела. При этом слышится часто жужжание, вроде того, какое исходило из наших ножниц.
– Этот огонь сильно жжет?
– Совсем не жжет. Ведь это не огонь, а свечение, холодное свечение. Настолько холодное и безвредное, что от него не зажигается даже спичка. Вот смотри: вместо ножниц беру спичку, и – видишь – головка окружена электрическим свечением, однако она не загорается.
– А по-моему, горит: пламя прямо из головки идет.
– Зажги свет, рассмотри спичку при лампе.
Я убедился, что спичка не только не обуглилась, но даже головка ее не обгорела. Она, значит, была окружена действительно холодным светом, а вовсе не огнем.
– Не гаси лампу. Следующий опыт сделаем при свете. – Брат выдвинул стул на середину комнаты и положил поперек его спинки палку.
После немногих проб ему удалось добиться того, что палка, подпертая в одной точке, лежала на спинке стула, не опрокидываясь.
– Я не знал, что палка так может держаться, – сказал я. – Ведь она длинная!
– Оттого и держится, что длинная. Коротенькая не держалась бы. Карандашик, например.
– Карандашик ни за что так не положить, – подтвердил я.
– Теперь к делу. Можешь ты, не дотрагиваясь до палки, заставить ее повернуться к тебе?
Я задумался.
– Если накинуть на один конец веревочную петлю… – начал я.
– Без всяких веревок, ничем не дотрагиваясь. Можешь?
– Ага, знаю!
Я приблизил лицо к палке и начал втягивать воздух ртом, чтобы притянуть ее к себе. Однако палка не двигалась.
– Ну что?
– Ничего не выходит. Невозможно!
– Невозможно? Посмотрим.
И, сняв с печки газету, которая тем временем держалась на изразцах, словно приклеенная, брат начал медленно приближать ее сбоку к палке. На расстоянии чуть не половины метра палка почувствовала притяжение наэлектризованной газеты и послушно повернулась в ее сторону. Двигая газетный лист, брат вел за ним палку, заставляя ее кружиться на спинке стула, сначала в одну сторону, потом в другую.
– Наэлектризованная газета, ты видишь, притягивает палку так сильно, что она идет и будет идти за бумагой, пока все электричество не стечет с газеты в воздух.
– Жаль, что этих опытов нельзя делать летом: печка холодна.
– Печка нужна здесь для того, чтобы высушить бумагу: эти опыты удаются лишь с совершенно сухой газетой. А ты заметил, вероятно, что газетная бумага вбирает влагу из воздуха и потому всегда немного сыровата – ее и приходится сушить. Не думай, что летом совсем нельзя делать наших опытов. Можно, но они только удаются не так хорошо, как зимой. Зимой воздух в натопленной комнате суше, чем летом, – вот причина. Сухость для таких опытов очень важна. Газету сушат летом на кухонной плите, когда она после обеда остынет настолько, что бумага на ней не будет загораться. Хорошенько обсушив на плите газетный лист, переносят его на сухой стол и здесь крепко натирают щеткой. Он электризуется, однако не так сильно, как на изразцовой печке… Ну, достаточно на сегодня. Завтра проделаем новые опыты.
– Тоже электрические?
– Да, и все с той же нашей электрической машиной – с газетой. А тем временем я дам тебе прочесть интересное описание эльмовых огней на горах, оставленное знаменитым французским естествоиспытателем Соссюром. В 1867 году он с несколькими спутниками находился на вершине горы Сарлэ, более трех километров высоты. И вот что они там испытали.
Брат снял с полки книгу Фламмариона «Атмосфера», перелистал ее и дал мне прочесть следующее место:
«Люди, совершившие подъем, только что приставили к скале свои обитые железом палки, располагаясь пообедать, когда Соссюр ощутил на плечах и в спине боль, как будто от иголки, медленно втыкавшейся в тело. «Предполагая, – говорит Соссюр, – что в мою полотняную накидку попали булавки, я сбросил ее, но, не получив облегчения, почувствовал, напротив, что боль усиливается, захватывая всю спину от одного плеча до другого; она сопровождалась щекотанием и болезненным колотьем, словно по коже ходит оса и покрывает ее уколами. Поспешно сбросив второе пальто, я не нашел ничего такого, что могло бы произвести эти поранения. Боль продолжалась и стала походить на ожог. Мне почудилось, что загорелась моя шерстяная фуфайка. Я готов был уже раздеться, как внимание мое привлек шум, похожий на жужжание. Шум исходил из наших палок, прислоненных к скале; он походил на шум подогреваемой воды, готовой закипеть. Все это продолжалось минут пять.
Я понял тогда, что болезненные ощущения обусловлены электрическим истечением, исходившим из горы. Однако при свете дня я не видел никакого сияния на палках. Палки издавали одинаково резкий звук, держали ли их в руках вертикально, направляя железный наконечник вверх, вниз, или же горизонтально. Из почвы никакого звука не исходило.
Через несколько минут я почувствовал, что волосы у меня на голове и бороде поднимаются, казалось, будто проводят сухой бритвой по жесткой отросшей бороде. Мой молодой спутник крикнул, что поднимаются волоски его усов, а из верхушек ушей исходят сильные токи. Подняв руки, я почувствовал, как токи исходят из пальцев. Электричество выделялось, словом, из палок, одежды, ушей, волос, всех выдающихся частей тела.
Поспешно оставив вершину горы, мы спустились метров на сто. По мере того как мы спускались, наши палки звучали все слабее; наконец звук стал так тих, что его можно было слышать, лишь приблизив палки к уху».
Так кончается рассказ Соссюра. В той же книге я прочел описание и других случаев появления эльмовых огней.
«Выделение электричества выступающими скалами часто наблюдается, когда небо покрыто низкими облаками, проходящими в небольшом расстоянии над вершинами. 10 июля 1863 года Ватсон и еще несколько туристов поднялись в проход Юнгфрау (в Швейцарских горах). Утро было прекрасное, но, приближаясь к проходу, путники испытали сильный ветер с градом. Раздался страшный удар грома, и вскоре Ватсон услышал свистящий звук, исходящий из палки; звук походил на шум закипающей грелки. Путники остановились и заметили, что их жезлы и топоры издают такой же звук; они не переставали звучать и тогда, когда были воткнуты одним концом в землю. Один из проводников, снявший шляпу, закричал, что голова его горит. Действительно, волосы его были подняты, словно наэлектризованные. Все испытывали ощущение щекотки на лице и других частях тела. Волосы Ватсона совершенно выпрямились. На концах пальцев, когда ими шевелили в воздухе, слышался электрический свист».
Пляска бумажных паяцев. – Змеи. – Волосы дыбом
Брат сдержал слово. На другой день, когда стемнело, он вновь начал опыты. Первым делом «прилепил» к печке газету. Затем попросил у меня бумагу поплотнее газетной – писчую – и стал вырезать из нее смешные фигурки: человечков в разных позах.
– Эти бумажные паяцы у нас сейчас запляшут. Принеси-ка булавок.
Скоро через ногу каждого паяца была проткнута булавка.
– Это чтобы паяцы не разлетались и не уносились газетой прочь… – объяснял брат, раскладывая бумажные фигурки на самоварном подносе. – Представление начинается!
Он «отлепил» от печки газету и, держа ее горизонтально двумя руками, приблизил сверху к подносу с фигурками.
– Встаньте! – скомандовал брат.
И представьте: фигурки послушались, встали. Встали и торчали вверх, пока брат не отодвинул газету подальше – тогда они опять легли. Но он не давал им долго отдыхать: приближая и отдаляя газету, он заставлял паяцев то вставать, то вновь ложиться.
– Если бы я не отягчил их булавками, они подскочили бы к газете вплотную и прилипли бы к ней. Вот видишь, – брат вынул булавки из нескольких фигурок, – они притянулись к газете совсем и уже не отпадают. Это электрическое притяжение. А теперь проделаем опыт и с отталкиванием… Куда ты дел ножницы?
Я подал ножницы. И брат, «прилепив» газету к печке, стал отрезать от ее края, снизу вверх, длинную, тонкую полоску. Не дойдя до самого верха, он таким же образом надрезал вторую полосу, потом третью и т. д. Шестую или седьмую полоску он отрезал совсем. Получилась бумажная борода, которая, однако, не соскользнула с печки, как я ожидал, а осталась на ней. Придерживая верхнюю часть рукой, брат провел по полоскам несколько раз щеткой и затем снял всю «бороду» с печки, держа ее вверху в вытянутой вперед руке.
Вместо того чтобы свободно свешиваться вниз, полоски растопырились колоколом, заметно отталкиваясь одна от другой.
– Они отталкиваются потому, – объяснил брат, – что все одинаково наэлектризованы. К вещам же, совсем ненаэлектризованным, они притягиваются. Засунь руку снизу внутрь колокола – полоски притянутся к руке.
Я присел и ввел руку в пространство между полосками. То есть я хотел ввести туда руку, но не мог сделать этого, потому что бумажные ленты обвились вокруг руки, как змеи.
– Тебя эти змеи не пугают? – спросил брат.
– Нет, они же бумажные.
– А мне страшно. Посмотри, как страшно!
Брат поднял газетный лист над своей головой, и я увидел, как длинные его волосы буквально стояли дыбом.
– Это опыт? Скажи: это тоже опыт?
– Тот самый опыт, который мы сейчас делали, но на другой лад. Газета наэлектризовала мои волосы, и они, притягиваясь к ней, в то же время друг от друга отталкиваются, как полоски нашей бумажной бороды. Возьми зеркало, и я покажу тебе, как твои собственные волосы встанут таким же манером.
– Не больно?
– Нисколько.
В самом деле, я не почувствовал ни малейшей боли, даже щекотки, а между тем ясно видел в зеркале, как волосы мои под газетным листом торчком стояли вверх.
Мы повторили, кроме того, еще вчерашние опыты, и брат прекратил «сеанс», как он называл наши занятия, обещав завтра проделать ряд новых опытов.
Маленькая молния. – Опыт с водяной струей. – Богатырское дуновение
В следующий вечер брат начал опыты с очень странных приготовлений.
Взял три стакана, погрел их возле печки, затем поставил на стол и накрыл сверху самоварным подносом, который тоже сначала погрел немного у печки.
– Что это будет? – любопытствовал я. – Ведь надо стаканы на поднос, а не поднос на стаканы.
– Погоди, не торопись. Будет опыт с маленькой молнией.
Брат пустил в дело «электрическую машину», то есть, попросту говоря, стал растирать на печке газету. Натерев, он сложил газетный лист вдвое и снова начал растирать. Затем, «отлепив» его от печки, проворно положил на поднос:
– Потрогай-ка поднос… Не очень холоден? Не подозревая подвоха, я беспечно протянул к подносу руку – и поспешно отдернул назад: что-то щелкнуло и больно кольнуло в палец.
Брат рассмеялся:
– Ну, каково? Тебя ударила молния. А треск слышал? Это ведь был маленький гром.
– Я чувствовал сильный укол, но молнии не видел.
– Увидишь ее сейчас, когда повторим опыт в темноте.
– Но я не согласен больше дотрагиваться до подноса! – решительно заявил я.
– Этого и не надо. Можешь извлекать искры хотя бы дверным ключом или чайной ложкой. Ничего не почувствуешь, а искры будут такие же длинные. Первые искры, впрочем, я извлеку сам, пока твои глаза привыкнут к темноте. – Брат загасил свет.
– Теперь молчание. Смотри в оба! – раздался в темноте его голос.
Треск – и одновременно яркая, беловато-синяя искра в полспички длиной проскочила между краем подноса и ключом.
– Видел молнию? Слышал гром? – спросил брат.
– Но они были одновременно. Настоящий гром всегда позже молнии.
– Это правда. Мы слышим гром всегда позже, чем видим молнию. И все-таки они происходят в одно время, как треск и искра в нашем опыте.
– Почему же гром слышен позже?
– Видишь ли, молния – это свет, а лучи света бегут так быстро, что через земные расстояния проносятся почти мгновенно. Гром – это взрыв, а взрыв распространяется в воздухе не так быстро; он заметно отстает от лучей света и доходит до нас позже их. Оттого мы и видим молнию раньше, чем слышим порожденный ею гром.
Брат передал мне ключ и, сняв газету – теперь мои глаза уже привыкли к полутьме, – предложил извлечь «молнию» из подноса.
– Без газеты разве будет искра?
– Попробуй.
Не успел я донести ключ до края подноса, как увидел искру, яркую, длинную.
Вторично положил брат газету на поднос, и я снова извлек искру, на этот раз уже послабее. Десятки раз клал он на поднос и поднимал с подноса газету (не натирая ее вновь на печке), и всякий раз я извлекал искру, все более и более слабую.
– Искры длились бы дольше, если бы я брал газету не прямо руками, а за шелковые нити или ленточки. Когда будешь учить физику, ты поймешь, что, собственно, здесь у нас происходило. Пока же остается тебе смотреть на эти опыты только глазами, а не всей головой. Теперь еще опыт: с водяной струей. Его проделаем в кухне, у водопроводного крана. Газета покамест пусть остается на печке.
Мы пустили из крана тонкую водяную струйку, гулко ударявшую о дно раковины.
– Сейчас я заставлю эту струю, не прикасаясь к ней, течь иначе. Куда хочешь, чтобы она отклонилась: вправо, влево, вперед?
– Влево, – наобум ответил я.
– Хорошо. Не трогай крана, я принесу газету.
Брат явился с газетой, стараясь держать ее в вытянутых руках подальше от туловища, чтобы она меньше теряла электричества. Он приблизил газету к струе с левой стороны, и я ясно увидел, как водяная нить изогнулась влево. Перенеся газету по другую сторону, брат заставил струю отклониться вправо. Наконец он притянул ее вперед так далеко, что вода полилась через край раковины.
– Видишь, как сильно сказывается здесь притягивающее действие электричества. Этот опыт, между прочим, легко проделать и без печи или плиты, если взять вместо наэлектризованной газеты обыкновенный каучуковый гребень, вот такой. – Брат вынул гребень из бокового кармана и провел им по своим густым волосам. – Таким образом я его электризую.
– Но ведь твои волосы не электрические?
– Конечно. Обыкновенные волосы, как у тебя и у всякого. Но если тереть каучук о волосы, он электризуется, как газета от волос платяной щетки. Гляди!
Поднесенный к струе гребень заметно отклонил ее в сторону.
– Для остальных наших опытов гребень непригоден: в нем получается слишком мало электричества, гораздо меньше, чем от той «электрической машины», которую – ты убедился теперь – легко устроить из простого листа газетной бумаги. Мне хочется проделать с газетой еще один – последний – опыт, на этот раз не электрический, а снова над давлением воздуха, как тот, что мы сделали с злополучной линейкой.
Мы вернулись в комнату. И здесь брат принялся кроить и склеивать из газетного листа длинный мешок.
– Покуда сохнет наш мешок, принеси несколько книг потолще и потяжелее.
Я разыскал на этажерке три увесистых тома какого-то медицинского атласа и положил их на стол.
– Можешь ты надуть этот мешок ртом? – спросил брат.
– Конечно, – сказал я.
– Простое и легкое дело, не правда ли? Но если придавить мешок парочкой таких книг?..
– О, тогда сколько ни старайся, мешок не раздуется!
Брат молча положил мешок у края стола, накрыл его одним томом, а на лежащую книгу поместил стоймя еще одну.
– Теперь следи. Буду раздувать.
– Уж не собираешься ли сдунуть эти книги? – спросил я со смехом.
– Именно!
Брат стал раздувать мешок. И что же вы думаете? Нижняя книга наклонилась под напором вздувшегося мешка и опрокинула верхнюю. А ведь в них было килограммов пять весу!
Не давая мне опомниться от удивления, брат приготовился повторить опыт. На этот раз он нагрузил мешок тремя томами. Подул, и – вот богатырское дуновение! – все три тома опрокинулись.
Поразительнее всего то, что в этом необычном опыте не оказалось ничего чудесного. Когда я сам отважился его проделать, мне удалось опрокинуть книги так же легко, как и брату. Не надо вовсе обладать ни слоновьими легкими, ни богатырскими мускулами: все происходит само собой, почти без напряжения.
Брат потом объяснил мне, в чем тут было дело. Когда мы надуваем бумажный мешок, мы вгоняем в него воздух, сдавленный больше, чем наружный воздух, – иначе мешок не раздувался бы. Давление наружного воздуха равно примерно 1000 г на каждый квадратный сантиметр. Прикинув, сколько квадратных сантиметров бумаги зажато под книгами, легко рассчитать, что если даже избыток давления составляет только десятую долю, то есть всего сотню граммов на каждый квадратный сантиметр, то общее давление воздуха изнутри на зажатую часть мешка может достигать чуть не 10 кг. Такая сила, разумеется, достаточна, чтобы опрокинуть книги.
На этом кончились наши физические занятия с листом газетной бумаги.
Где разорвется веревочка?
Устройте сооружение, которое вы видите на рис. 6. Положите на раскрытые двери палку; к ней прикрепите веревочку с подвязанной посередине тяжелой книгой. Если теперь веревочку дернуть за подвязанную на конце линейку, то где веревочка разорвется: выше книги или ниже ее?
Веревочка может разорваться и выше книги и ниже ее, смотря по тому, как тянуть. От вас самих зависит устроить либо то, либо другое. Если потянуть осторожно, оборвется верхняя часть веревочки; если же рвануть резко, разорвется нижняя часть.
Рис. 6
Отчего так происходит? При осторожном натяжении обрывается верхняя часть веревочки, потому что на нее, кроме силы руки, действует еще вес книги; на нижнюю же часть веревочки действует одна лишь сила руки. Иное дело при быстром рывке: за краткий миг, пока длится рывок, книга не успевает получить заметного движения; поэтому верхняя часть веревочки не растягивается, и вся сила приходится на нижнюю часть, которая разрывается, даже если она толще верхней.
Надорванная полоска
Полоска бумаги с ладонь длиной и в палец шириной может представить материал для забавной задачи. Надрежьте или надорвите полоску в двух местах (рис. 7) и спросите товарища, что сделается с ней, если тянуть за ее концы в разные стороны.
Рис. 7
– Разорвется в местах, где надорвано, – ответит он.
– На сколько частей? – спросите.
Обычно отвечают, что на три части, конечно. Получив такой ответ, предложите товарищу проверить догадку на опыте.
С удивлением убедится он в своей ошибке: полоска разорвется только на две части.
Можно сколько угодно раз проделывать этот опыт, беря полоски различной величины и делая надрывы различной глубины, и никогда не удастся получить больше двух кусков. Полоска рвется там, где она слабее, подтверждая пословицу: «Где тонко, там и рвется». Дело в том, что из двух надрывов или надрезов, как ни стараться их сделать одинаковыми, один неизбежно будет хоть немного глубже другого – пусть незаметно для глаз, но все же глубже. Это место полоски, как самое слабое, начнет рваться первым. А раз начало рваться, дорвется до конца, потому что делается все слабее.
Вы, вероятно, с удовлетворением узнаете, что, проделывая этот пустячный опыт, вы побывали в области серьезной и важной для техники науки, которая называется «сопротивление материалов».
Крепкий спичечный коробок
Что сделается с пустым спичечным коробком, если с размаху ударить по нему кулаком?
Я уверен, из 10 читателей девять скажут, что коробок от такого обращения сломается. Десятый – тот, кто сам проделывал этот опыт или слышал о нем от других, – будет другого мнения: коробок уцелеет.
Опыт надо проделать следующим образом. Поместим обе части пустого коробка одну на другую, как показано на рис. 8. По этому сооружению ударим резко и отрывисто кулаком. То, что произойдет, вас удивит: обе части разлетятся в стороны, но, подняв их, вы убедитесь, что каждая целехонька. Коробок сильно пружинит, и это его спасает: он сгибается, но не ломается.
Рис. 8
Приблизить дуновением
Положите на стол пустой спичечный коробок и предложите кому-нибудь отодвинуть его от себя дуновением. Это, конечно, будет исполнено без труда. Тогда предложите сделать обратное: дуновением же заставить коробок приблизиться к дующему. При этом выставлять вперед голову, чтобы дунуть на коробок сзади, не разрешается.
Едва ли многие догадаются, как это сделать. Некоторые будут стараться сдвинуть коробок, втягивая в себя воздух, но, конечно, безуспешно. Секрет все же довольно прост. В чем он состоит?
Попросите кого-либо поставить руку ребром позади коробка. Начните дуть на руку. Струя воздуха, отразившись от руки, ударит в коробок и увлечет его по направлению к вам (рис. 9).
Рис. 9
Опыт удается, что называется, «без отказа». Надо только проделывать его на достаточно гладком столе (хотя бы и неполированном), но, конечно, не покрытом скатертью.
Ходики
Ходики (стенные часы с одной гирькой) отстают. Что надо сделать с их маятником, чтобы исправить ход часов? А как надо поступить в том случае, если ходики уходят вперед?
Чем короче маятник, тем быстрее он качается; в этом легко удостовериться, сделав опыт с грузиком на веревке. Отсюда вытекает решение нашей задачи: когда ходики отстают, надо поднятием кружочка на стержне маятника укоротить его немного и тем заставить маятник качаться проворнее; если же часы уходят, надо маятник немного удлинить.
Как установится стержень?
На концах стержня укреплены одинакового веса шары (рис. 10). Строго посередине стержня просверлено отверстие, через которое продета спица. Если стержень закружить вокруг спицы, он сделает несколько оборотов и остановится. Можете ли вы сказать заранее, в каком положении остановится стержень?
Рис. 10
Ошибаются те, которые думают, что стержень остановится непременно в горизонтальном положении. Он может сохранить равновесие в любом положении (см. рис. 10) – горизонтальном, вертикальном и косом, так как он подперт в центре тяжести. Всякое тело, подпертое или подвешенное в центре тяжести, сохраняет равновесие в любом положении. Поэтому сказать заранее, как установится стержень, когда он перестанет вращаться, невозможно.
Отклонение пламени свечи
Перенося в комнате с места на место горящую свечу, мы замечаем, что пламя вначале движения отклоняется назад. Куда отклонится оно, если переносить свечу в закрытом фонаре?
Куда отклонится пламя свечи в фонаре, если равномерно кружить фонарь вокруг себя вытянутой рукой?
Думающие, что пламя свечи, переносимой в закрытом фонаре, вовсе не будет отклоняться при движении фонаря, ошибаются. Сделайте опыт с горящей спичкой; вы убедитесь, что если двинуть ее, защитив рукой, то пламя отклонится, и притом, сверх ожиданий, не назад, а вперед. Причина отклонения вперед та, что пламя обладает меньшей плотностью, чем окружающий ее воздух. Одна и та же сила телу с меньшей массой сообщает большую скорость, чем телу с большей массой. Поэтому пламя, двигаясь быстрее воздуха в фонаре, отклоняется вперед.
Та же причина – меньшая плотность пламени, нежели окружающего воздуха, – объясняет и неожиданное поведение пламени при круговом движении фонаря: оно отклоняется внутрь, а не наружу, как можно было, пожалуй, ожидать. Явление станет понятно, если вспомним, как располагаются ртуть и вода в шаре, вращаемом на центробежной машине: ртуть располагается дальше от оси вращения, чем вода; последняя словно всплывает в ртути, если считать низом направление от оси вращения (то есть направление, в котором падают тела под действием центробежного эффекта). Более легкое, чем окружающий воздух, пламя свечи при круговом движении фонаря всплывает в воздухе вверх, то есть по направлению к оси вращения.
Провисающая веревка
С какой силой надо натягивать веревку, чтобы она не провисала?
Как бы сильно веревка ни была натянута, она неизбежно будет провисать. Сила тяжести, вызывающая провисание, направлена отвесно, натяжение же веревки не имеет вертикального направления. Такие две силы ни при каких условиях не могут уравновеситься, то есть их равнодействующая не может равняться нулю. Эта-то равнодействующая и вызывает провисание веревки.
Никаким усилием, как бы велико оно ни было, нельзя натянуть веревку строго прямолинейно (кроме случая, когда она направлена отвесно). Провисание неизбежно; можно уменьшить его величину до желаемой степени, но нельзя свести его к нулю. Итак, всякая неотвесно натянутая веревка, всякий передаточный ремень должны провисать.
По той же причине невозможно, между прочим, натянуть и гамак так, чтобы веревки его были горизонтальны. Туго натянутая проволочная сетка кровати прогибается под грузом лежащего на ней человека. Гамак же, натяжение веревок которого гораздо слабее, при лежании на нем человека превращается в свешивающийся мешок.
Куда бросить бутылку?
В какую сторону надо из движущегося вагона выбросить бутылку, чтобы опасность разбить ее при ударе о землю была наименьшая?
Так как прыгать из движущегося вагона безопаснее вперед по направлению движения, то может казаться, что бутылка ударится о землю слабее, если ее кинуть вперед. Это неверно: вещи надо бросать назад, против движения поезда. Тогда скорость, сообщенная бутылке бросанием, будет отниматься от той, какую бутылка имеет вследствие инерции; в итоге бутылка встретит землю с меньшей скоростью. При бросании вперед произошло бы обратное: скорости сложились бы и удар получился бы сильнее.
То, что для человека безопаснее все же прыгать вперед, а не назад, объясняется совсем другими причинами: падая вперед, мы меньше расшибаемся, чем при падении назад.
Пробка
В бутылку с водой попал кусок пробки. Он достаточно мал, чтобы свободно пройти через горлышко. Но, сколько вы ни наклоняете или опрокидываете бутылку, выливающаяся вода почему-то не выносит пробочного куска. Только когда бутылка опоражнивается вся, пробка покидает бутылку с последней порцией воды. Отчего так происходит?
Вода не выносит пробки по простой причине: пробка легче воды и потому держится всегда на ее поверхности. Очутиться внизу, у отверстия бутылки, пробка может лишь тогда, когда почти вся вода выльется. Оттого она и выскальзывает из бутылки только с последней порцией воды.
Как задувать свечу?
Казалось бы, простое дело – задуть свечу, но не всегда это удается. Попробуйте задуть свечу не прямо, а через воронку, и вы убедитесь, что это требует особой сноровки.
Поместите воронку против пламени свечи и дуйте в воронку, держа во рту тонкий ее конец. Но пламя даже не шелохнется, хотя вытекающая из воронки струя воздуха должна, казалось бы, направиться прямо к свече (рис. 11).
Рис. 11
Решив, что воронка помещена чересчур далеко от пламени, вы приближаете ее к свече и снова начинаете дуть. Результат получается неожиданный: пламя наклоняется не от вас, а к вам, навстречу струе воздуха, исходящего из воронки (рис. 12).
Рис. 12
Рис. 13
Что же вы должны сделать, желая задуть свечу? Нужно поместить воронку так, чтобы пламя находилось не на линии оси воронки, а на продолжении ее раструба. Дуя тогда в воронку, вы без труда загасите свечу (рис. 13). Объясняется это тем, что воздушная струя, вытекая из узкой части воронки, не идет далее по ее оси, а растекается вдоль стенок раструба, образуя здесь своеобразный воздушный вихрь. Вдоль же оси воронки воздух разрежается, и оттого близ ее середины устанавливается обратное течение воздуха. Теперь понятно, почему пламя, помещенное против середины воронки, наклоняется к ней навстречу, а находясь против края – отклоняется вперед и гаснет.
Музыкальные бутылки
Если вы обладаете музыкальным слухом, вам нетрудно будет устроить из обыкновенных бутылок подобие музыкального джазового инструмента, на котором можно наигрывать несложные мелодии.
Рисунок 14 показывает, что и как вам нужно сделать. К двум шестам, укрепленным горизонтально на стульях, подвешивают 16 бутылок с водой. В первой бутылке вода налита почти доверху; в каждой следующей – немного меньше воды, чем в предыдущей; в последней бутылке воды очень мало.
Рис. 14
Ударяя по этим бутылкам сухой деревянной палочкой, вы будете извлекать из них тоны различной высоты. Чем меньше воды в бутылке, тем тон выше. Поэтому, прибавляя или отливая воду, вы сможете добиться, чтобы тоны составили музыкальную гамму. Располагая двумя октавами, можно исполнять на этом бутылочном инструменте кое-какие несложные мелодии.
Шум в раковине
Почему шумит чашка или большая раковина, приложенные к уху?
Шум, который мы слышим, приставив к уху чашку или крупную раковину, происходит вследствие того, что раковина является резонатором, усиливающим многочисленные шумы в окружающей нас обстановке, обычно нами не замечаемые из-за их слабости. Этот смешанный звук напоминает гул моря, что и подало повод к различным легендам, сложившимся вокруг шума раковины.
Видеть сквозь ладонь
Возьмите в левую руку трубку, свернутую из бумаги, держите эту трубку против левого глаза и смотрите через нее на какой-нибудь далекий предмет. В то же время держите ладонь вашей правой руки против правого глаза так, чтобы она почти касалась трубки (рис. 15). Обе руки должны быть от глаза в 15–20 см. И тогда вы убедитесь, что правый глаз ваш отлично видит сквозь ладонь, словно в ладони вырезано круглое отверстие.
Рис. 15
В чем причина явления?
Причина неожиданного явления такова. Ваш левый глаз приготовился рассмотреть сквозь трубку далекий предмет, и соответственно этому его хрусталик приспособился к рассматриванию далекой вещи (глаз, как говорят, установился). Глаза устроены и работают так, что устанавливаются всегда согласно – как один, так и другой.
В описанном опыте правый глаз тоже устанавливается на далекое зрение, и поэтому близкая ладонь видна ему неясно. Короче сказать, левый глаз ясно видит далекий предмет, правый – смутно видит ладонь. А в итоге вам кажется, что вы видите далекий предмет сквозь заслоняющую его ладонь вашей руки.
Рисование перед зеркалом
Нетождественность зеркального отражения с оригиналом еще заметнее выступает в следующем опыте.
Поставьте перед собой отвесно на стол зеркало, положите перед ним бумажку и попробуйте нарисовать на ней какую-нибудь фигуру, например прямоугольник с диагоналями.
Но не смотрите при этом прямо на свою руку, а следите лишь за движениями руки, отраженной в зеркале (рис. 16).
Рис. 16
Вы убедитесь, что столь легкая на вид задача почти невыполнима. В течение многих лет наши зрительные впечатления и двигательные ощущения успели прийти в определенное соответствие. Зеркало нарушает эту связь, так как представляет глазам движения нашей руки в искаженном виде. Давнишние привычки будут протестовать против каждого вашего движения: вы хотите провести линию вправо, а рука тянет влево, и т. п.
Еще больше неожиданных странностей вы встретите, если вместо простого чертежа попробуете рисовать перед зеркалом более сложные фигуры или писать что-нибудь, глядя на строки в зеркале: выйдет комичная путаница.
Те отпечатки, которые получаются на пропускной бумаге, тоже изображения симметричные. Рассмотрите надписи, испещряющие вашу пропускную бумагу, и попробуйте прочесть их. Вам не разобрать ни одного слова, даже вполне отчетливого: буквы имеют необычный наклон влево, а главное – последовательность штрихов в них не та, к какой вы привыкли. Но приставьте к бумаге зеркало под прямым углом – и увидите в нем все буквы написанными так, как вы привыкли их видеть. Зеркало дает симметричное отражение того, что само является симметричным изображением обыкновенного письма.