Практичность этого ночника заключается в его безопасности: в случае падения стакана со свечей вода, вылившись, сама затушит пламя.
Рис. 44. Практичный ночник.
Копейка, которая в воде не тонет
Начнем наши опыты с более легких предметов – с иголок. Кажется невозможным заставить иглу плавать по поверхности воды, а между тем, это нетрудно сделать. Положите на поверхность воды лоскуток папиросной бумаги, а на него – совершенно сухую иголку. Теперь остается только осторожно удалить папиросную бумагу из-под иглы. Делается это так: вооружившись иглой или булавкой, слегка погружают в воду края лоскутка, постепенно подбираясь к середине. Когда лоскуток весь промокнет, он упадет на дно, игла же будет продолжать плавать. При помощи магнита, подносимого к стенкам стакана (на уровне воды), вы можете даже управлять её движениями.
Рис. 45. Как заставить иглу плавать с помощью бумажки.
Рис. 46. Можно осторожно положить иглу на воду с помощью двух петель.
Рис. 47. Можно заставить иглу плавать с помощью вилки.
Рис. 48. Смазанную жиром иглу можно прямо класть на воду.
Вместо иглы можно заставить плавать булавку, серебряный пятачок и т. п. мелкие металлические предметы. Наловчившись в этом, попробуйте заставить плавать и копейку.
При известной ловкости можно обойтись и без папиросной бумаги, кладя иглу прямо на поверхность воды, непосредственно пальцами, либо же посредством нитяных петель или вилки, как изображено на прилагаемых рисунках. Вода не особенно сильно смачивает сухое железо, поэтому вокруг плавающей иглы образуется на поверхности воды углубление (его можно даже видеть). Вес иголки меньше веса того объема воды, который она при этом выдавливает – следовательно, по закону Архимеда, игла должна плавать.
Всего проще добиться этого результата, если смазать иголку маслом; такая игла совсем не смачивается водой, и ее можно смело класть на поверхность воды, не опасаясь, что она утонет.
Что тяжелее?
На одну чашку весов поставлено ведро, до краев наполненное водой. На другую чашку помещено точно такое же ведро, тоже полное до краев, но в нем плавает кусок дерева. Спрашивается, какое ведро перетянет?
Одни скажут, что должно перетянуть то ведро, в котором плавает дерево. Другие же скажут, что, наоборот, перетянет первое ведро, так как вода тяжелее дерева.
Но ни то ни другое не верно: оба ведра, как ни странно, имеют одинаковый вес. Во втором ведре, правда, меньше воды, нежели в первом, потому что плавающий кусок дерева вытесняет некоторый её объем. Но, по законам физики, плавающее тело вытесняет своей погруженной частью ровно столько жидкости, сколько весит все это тело. Вот почему весы и остаются в равновесии.
Вулкан в стакане воды
Жидкие тела плавают и тонут по тем же законам, что и твердые: если они тяжелее той жидкости, в которую погружены, они тонут; если легче – всплывают вверх.
На плавании жидкостей (красного вина в воде – спирт легче воды) основан следующий, довольно хлопотливый, но зато очень эффектный опыт.
Рис. 49. Искусственный вулкан.
Возьмите широкую банку, вроде тех, что употребляются для небольших аквариумов. В этом сосуде устройте из гипса коническое возвышение, долженствующее изображать вулканическую гору. Внутрь горы заделайте небольшую узкогорлую бутылочку (пузырек) с красным вином так, чтобы отверстие пузырька служило «кратером» вулкана. Обращаться с гипсом очень легко; купив его в виде порошка в москательной лавке[18], высыпьте его на черепок и размешайте деревяшкой с равным количеством воды; когда гипс начнет густеть, обложите им пузырек, поставленный на дно банки.
Теперь вулкан готов, но он еще в покое и не действует. Чтобы пробудить его к деятельности, достаточно просто наполнить банку водой. При этом вино, как более легкая жидкость, будет подниматься из замурованного в гипсе пузырька и стоять над кратером в виде красноватого дыма. Для вящщего эффекта следует слегка мешать воду в сосуде, отчего красный «дым» будет клубиться, как бы от ветра, до иллюзии напоминая картину действующего вулкана.
Магическое наполнение бутылки
На том же свойстве жидкостей располагаться по их удельному весу основан следующий опыт. Имеется бочонок, наполненный вином, без крана; он закрыт со всех сторон и снабжен лишь одним отверстием наверху. Требуется наполнить этим вином пустую бутылку, не изменяя положения бочонка и не прибегая ни к каким приспособлениям.
Рис. 50. Простое решение мудреной задачи.
Задача эта может поставить в тупик самого находчивого человека, если он недостаточно знаком с физикой. А между тем, разрешается она почти так же просто, как пресловутая Колумбова задача о яйце.
Зная, что вода тяжелее вина, наполните бутылку водой, заткните пальцем, переверните, погрузите горлышко в вино и, когда отверстие бутылки будет под вином, уберите палец. Легко понять, что должно произойти: вода будет выходить из бутылки, а на её место будет подниматься вино. Через некоторое время вся бутылка наполнится вином.
Если отверстие в бочке очень малó, так что в него можно просунуть только горлышко, для пальца же не остается места, то поступают несколько иначе. Вырезают из бумаги небольшой кружок и накрывают им горлышко бутылки, наполненной водой до самых краев, так чтобы бумажка вплотную прилегала к воде. Теперь можно перевернуть бутылку – вода не выльется. Вставив ее в отверстие бочонка, удаляют кружок боковым движением бутылки.
Образование миров
Мы только что видели, что одна жидкость может плавать и тонуть в другой. Но она может также находиться в равновесии внутри другой жидкости, не всплывая вверх и не опускаясь вниз. При этом, однако, наблюдается одно довольно неожиданное и любопытное явление.
Вы легко можете наблюдать его сами, если дадите себе труд проделать следующий опыт. Зная, что прованское масло[19] плавает в воде, но тонет в чистом спирте, вы можете приготовить такую смесь, в которой масло не тонуло бы и не всплывало. Введите в эту смесь посредством шприца немного масла – и вы увидите, что масло соберется в большую, совершенно круглую каплю, которая будет неподвижно висеть внутри жидкости. Опыт надо проделывать с известной сноровкой – иначе у вас получится не одна большая капля, а несколько шариков поменьше. Но и в таком виде опыт достаточно интересен.
Рис. 51. Масляный шарик висит внутри стакана с разбавленным спиртом.
Это, однако, еще не все. Пропустите через центр жидкого масляного шара длинную деревянную зубочистку или проволоку и вращайте ее, как ось. Масляный шар примет участие в этом вращении; опыт удается лучше, если насадить на ось небольшой смоченный маслом картонный кружочек, который бы весь оставался внутри шара. При вращении шар начнет сначала сплющиваться, под действием центробежной силы, – а затем, через несколько секунд, отделит от себя кольцо. Разрываясь на части, кольцо образует не бесформенные куски, а шарообразные капли, которые продолжают обращаться вокруг центрального шара, как планеты вокруг солнца.
Рис. 52. Опыт Плато.
Это не простое сравнение: то, что вы здесь видите, есть точное подобие процесса образования планет из первичной туманности…
Впервые этот прекрасный и поучительный опыт произвел физик Плато.
Жидкости в Жюль-Верновском ядре
Мы уже убедились, что все тела внутри летящего вагона-ядра, изобретенного фантазией Жюля Верна, должны утратить свой вес. Жидкости, разумеется, не составляют исключения, – и читатель, вероятно, легко догадается, что произойдет с ними при подобных условиях. Впрочем, вопрос так любопытен, что стоит рассмотреть его поближе.
Жюль Верн описывает, как пассажиры ядра праздновали свой перелет через нейтральную зону: расставив в воздухе стаканы, они налили в них вина и выпили.
Едва ли это могло быть так. В самом деле: как они извлекли вино из бутылки? Простого опрокидывания бутылки недостаточно, так как невесомая жидкость при этом не выльется. Вы скажете, что они вытряхивали вино, ударяя ладонью по дну бутылки. Мы сейчас убедимся, что и это едва ли верно, – но пока займемся вопросом: что станется с невесомой жидкостью вне бутылки. Опыт Плато, только что описанный, дает нам ответ: она соберется в форме шара и будет в таком виде висеть в воздухе. Пассажирам придется глотать эти шары, как мы глотаем капсулы касторки. Как видите, никакой надобности в стаканах нет: можно прекрасно обойтись без них.
Мало того: в данном случае стаканы, пожалуй, испортили бы все празднество. Попробуем разобрать, что сделается с невесомым вином, если его «вытряхнуть» из бутылки в стакан. Известно, что спирт смачивает стекло; это значит, что притяжение между спиртом и стеклом больше, чем взаимное притяжение частиц спирта между собой. Вино в этом отношении мало отличается от спирта. Поэтому, если мы «втрясем» невесомое вино в стакан, то оно вовсе не будет оставаться внутри него, а растечется по его внутренней и наружной поверхностям, окружив стакан со всех сторон жидкой оболочкой. Эту оболочку пассажирам ядра и пришлось бы слизывать: прямо пить вино из стакана при таких условиях невозможно.
Теперь понятно, что и «вытряхивать» вино из бутылки не пришлось бы: едва только пробка будет извлечена, вино само вытечет из бутылки, окружив со всех сторон её наружные стенки. Пассажирам пришлось бы немало повозиться, прежде чем «разлить» это невесомое вино по стаканам. Да и то еще хорошо, что бутылка и стаканы «стоят в воздухе»: если бы они находились на столе, вино растеклось бы по столу, затем по полу и по стенкам вагона, – и бравым пассажирам пришлось бы праздновать переход через нейтральную зону с пустыми стаканами.
Впрочем, мы уже доказали выше, что предметы внутри ядра становятся невесомыми с первого же момента полета, и, следовательно, нашим путешественникам пришлось бы все время считаться с подобными неприятностями.