69Крахмал и йод – галактика
Для опыта нам потребуются: высокий стакан или банка, йод, крахмал.
Знаете, что занимательно? Пока я придумывал опыты и писал эту книгу, я часто спрашивал у своих взрослых знакомых, знают ли они про то или про это, делали когда-нибудь в жизни опыты…
Выяснилось, что в детстве, кроме некоторых простейших стреляющих устройств (поджиг), почти никто ничего не делал. А девочки – те вообще практически ничего делать не пробовали. Но когда я делаю эти опыты, все с удовольствием участвуют. Одно дело где-то что-то слышать или прочитать и совсем другое – сделать своими руками.
Между прочим, даже на кухне можно сделать такие вещи, которые помогут, например, лучше понять, как устроена вселенная или наша галактика. Попробуем и мы сделать этот простой опыт.
Для него нам понадобится йод и обычный крахмал. Пакетики с крахмалом продаются почти в любом продовольственном магазине, причем недорого. Ну а йод вообще дома надо иметь, вдруг палец порежешь… Из школьной химии некоторые знают, что йод и крахмал в смеси дают реакцию и синий раствор.
Мы возьмем высокий стакан или банку, нальем обычной холодной воды (если теплой, крахмал может слипнуться комочками). Сыпанем крахмала – ну, скажем, чайную ложку на объем стакана, не больше. Размешаем ложечкой – вода станет мутноватой.
Возьмем, раскрутим воду с крахмалом – словно мы размешиваем сахар в чае. У нас получится небольшой водоворот в банке.
Теперь в самый центр водоворота капнем одну (всего одну!) каплю йода. В центре сначала «забурлит» на мгновение вода и образуется темное синее пятно, которое будет колебаться и вращаться, образуя постепенно довольно занятную спираль.
Эта спираль очень похожа на спираль нашей галактики. Представьте только, в далеком космическом пространстве вращаются колоссальные облака из космического вещества. Это газ, звезды, туманности, пылевые облака… Они словно раскручены какой-то невероятно гигантской чайной ложечкой – и от этого вращения образовался один из водоворотов, наша галактика. У нее есть такие же «рукава», которые получаются и у нас в опыте. Дело в том, что внутри водоворота в центре скорость вращения быстрее.
Это и понятно, ведь с краю надо частице пробежать по широкому кругу, а в центре – очень маленький кружок. Поэтому, если частица перемещается от центра к краям, она замедляет свой бег относительно центра и как бы отстает от центрального вращения. Поэтому «выбросы», «рукава» загибаются, и у вращающейся галактики (или нашей модели) появляются загнутые спиралью полосы.
Так в обычной чашке можно увидеть закономерности для целой галактики! Остается только один вопрос: кто же ее так раскрутил? Но об этом, наверное, я расскажу в другой книге.
Я долго ставил опыт с «галактикой», пока не удалось добиться только одного «рукава», – посмотрите, какая красивая белая спираль нарисовалась в центре банки (я фотографировал сверху).
70Шутка со стаканом и водой
Для опыта нам потребуются: обычный стакан с водой, квадратный кусок плотной бумаги.
Это старинный опыт, не я его придумал, но, когда я спрашивал про него знакомых детей и их родителей, оказывается, его мало кто знает. Поэтому я решил тоже поместить его в этой книге. Опыт очень простой, но эффектный. Берем обычный стакан и наливаем его водой из-под крана до самых краев, чтобы не оставалось уже места, вода почти выливалась.
Теперь берем квадратный кусок плотной бумажки, только не газеты – лучше бумаги от принтера. Его размер должен быть таким, чтобы бумага полностью накрывала стакан и слегка торчала по краям.
Аккуратно накрываем стакан бумагой, слегка прижимаем к краям, накрыв сверху ладонью. Теперь берем и быстро переворачиваем стакан, полный воды, чтобы одна рука поддерживала ладонью лист бумаги, а другой мы держали перевернутый стакан за дно.
Если теперь убрать снизу ладонь, бумажка должна отвалиться под напором воды и вся вода вылиться?
Вот обычный стакан с водой, накрытый бумагой. Воды – до краев.
Как бы не так. Убираем ладонь – бумага словно прилипла к краям, вода в стакане не выливается! (Рекомендую, правда, для начала опыт делать над раковиной – иногда не получается, и тогда вода все-таки выливается прямо на пол.)
А вот я его перевернул – и вода не выливается!
Почему вода не выливается из стакана? Да потому, что воздух, наша атмосфера, давит с другой стороны на бумажку и не дает воде вылиться. Обычно мы не обращаем внимания на давление воздуха. А между прочим, с давлением связана работа огромного количества различных приборов.
71Еще об атмосферном давлении, или Опыт в «Макдоналдсе»
Для опыта нам потребуется: напиток с соломинкой.
Мы помним опыт с перевернутым стаканом, из которого не выливалась вода. А подобный опыт, только упрощенный, можно проделать для своих друзей во время посещения любого кафе, например «Макдоналдса», где подают напитки с соломинкой. Возьмите соломинку, опустите в жидкость и заткните сверху пальцем. Теперь, не отпуская пальца, поднимите соломинку, держа ее над стаканом.
На фото я вытягиваю соломинку из банки с подкрашенной жидкостью. Внутри видно, что верхняя часть – желтая, а дальше содержится жидкость.
Понятно, что роль листочка бумаги, который не давал воде вылиться, прижимаемого атмосферным давлением в опыте с перевернутым стаканом, играют силы поверхностного натяжения жидкости. Они формируют упругую пленку, невидимую глазу, но достаточно крепкую. Воздух давит снизу на жидкость и не дает ей вылиться из соломинки.
Если мы уберем сверху палец, воздух начнет давить на жидкость одинаково с двух сторон – и под действием силы тяжести жидкость выльется обратно в стакан.
Этот опыт легко проделать в любом кафе и показать своим друзьям без всякой подготовки.
72Яйцо-батискаф, или Вода из Мертвого моря
Для опыта нам потребуются: высокая стеклянная банка, соль, куриное яйцо.
Этот опыт описан у великого мастера опытов Я.И. Перельмана, но я включил его в свои опыты, немного изменив, потому что опыт очень простой и очень хороший. Он дает понимание того, что такое «плотность».
Мы все знаем, есть предметы более плотные (и обычно более тяжелые), а есть «рыхлые», или неплотные. Например, если положить рядом кусок пенопласта и кусок гранита одинаковых размеров, то пенопласт будет явно менее плотным материалом. Но с твердыми предметами это более-менее понятно, а вот как быть с жидкостями и газами?
Вода, например, является практически несжимаемой жидкостью. То есть если у нас будет один кубический метр воды (это кубик размерами метр на метр на метр), то сжать его даже огромным давлением до кубика, скажем, полметра на полметра на полметра, не удастся – или нужно применять усилия буквально в миллионы тонн.
Однако плотность воды может сильно различаться. В основном это зависит от содержания в воде различных примесей. Чаще всего такой примесью бывает обычная соль. Чем больше соли растворено в воде, тем плотнее вода. В далекой стране Израиль есть целое огромное озеро, вода в котором ужасно соленая – и очень плотная. Человек в этом озере (оно называется Мертвое море) не может даже нырнуть и лежит на воде без надувного матраса! Мы попробуем следующий простой опыт. Возьмем высокую стеклянную банку, нальем воды и положим туда обычное куриное яйцо.
Яйцо опустится на самое дно, потому что его плотность чуть меньше, чем плотность чистой водопроводной воды. Теперь будем бросать в банку столовые ложки соли и размешивать аккуратно – до тех пор, пока яйцо не начнет потихонечку всплывать. Можно добиться того, что яйцо зависнет посередине банки как настоящий глубоководный аппарат, не всплывая на поверхность и не опускаясь на дно! Вот как это выглядит в моем опыте (смотрите фотографию).
Насыпая соль в банку и растворяя ее, мы изменяли такой важный параметр, как плотность. Все предметы, плотность которых больше плотности воды, будут в ней тонуть. Те предметы, плотность которых меньше, будут всплывать. А те, у которых плотность одинаковая с водой, будут занимать равновесное положение – ни тонуть, ни всплывать.
Яйцо-батискаф. Висит между дном и поверхностью воды.
Здесь есть одна маленькая хитрость. У дна, где больше соли, плотность раствора немного больше. На поверхности, куда соль доходит «с опозданием», – плотность меньше. Поэтому яйцо и зависает посередине, примерно на той границе, плотность воды у которой равна плотности яйца.
Фактически мы получили физический прибор – «плотностеметр», если можно так выразиться!
Теперь становится понятно, почему в море или океане с соленой водой плавать легче, чем в пресном озере. В пресном озере плотность воды меньше и тело не так сильно выталкивается на поверхность.
Некоторые могут сказать: а как же плавают корабли, сделанные из железа? Ведь железо гораздо плотнее воды!
Отвечу. Конечно, железо намного плотнее воды. Если мы возьмем кусок железа и бросим в воду, вряд ли он всплывет – это только в сказках волшебный топор из железа или золота всплывал на поверхность. Но корабли сделаны так, что железо опускается в воду вместе с огромным количеством воздуха (который внутри корабля). Если взять всю массу корабля и поделить на объем вместе с воздухом – то получится плотность, которая меньше плотности воды. Поэтому если в днище корабля образуется пробоина – корабль тонет.
Законы физики не обманешь.
73Сила в сантиметрах, или Наглядно закон Гука
Для опыта нам потребуются: воздушный шарик, фломастер.
В школе проходят закон Гука. Жил такой знаменитый ученый, который изучал сжимаемость предметов и веществ и вывел свой закон. Закон этот очень простой: чем сильнее мы растягиваем или сжимаем предмет, тем сильнее изменяются его размеры. Или по-научному: изменение длины предмета прямо пропорционально приложенной к нему силе растяжения или сжатия.