Горизонты техники для детей, 1962 №1

— Кальцит — это такой белый камень, который мы видели в Уральских горах, — хвастливо сказала Соня.

— И чем больше вода растворит в себе соединений кальцита, тем вода более твердая, неприятная наощупь и опасна в промышленности.

— Опасная? — удивились ребята. — Вода ведь опасна только во время наводнения.

Тогда Иван Иванович послал Соню в кухню за чайником, а когда она принесла его, вылил остатки воды, взял фарфоровую мисочку и спросил ребят:

— Сколько воды кипятили мы в этой миске?

— Один стакан — хором ответили дети,

— А сколько воды кипятит мама в чайнике?

— 10, 20, 50 стаканов — наперебой закричали ребята.

— Хорошо, пусть будет 50, — согласился отец близнецов. — Помните, когда мама купила чайник? Еще не прошел месяц с тех пор. А посмотрите какая на дне накипь.

А теперь представьте себе, что такая же вода, как наша, то есть твердая, подводится к котлам, в которых в течение часа испаряется несколько тонн воды. Что тогда будет?

— Соберется, пожалуй, много такого осадка — сказал кто-то.

— Нет, дружище, тогда произошел бы взрыв, котел бы разорвался. Этот серый осадок, называемый котельным камнем, — самый большой враг паровых котлов. Когда на стенках котла соберется его толстый слой, стенки перегреваются и пар разрывает котел. Поэтому нельзя подводить твердую воду к заводским котлам или котлам на паровозах; надо ее соответственно смягчить, то есть очистить от соединений кальцита. Но это пока для вас трудный вопрос, а впрочем уже пора на обед. Выходя из подвала, Иван Иванович остановился на минуту и добавил:

— А стрельба в бочках — не наилучший помысел. Лучше всего бросить кусочек карбида в миску с водой и мылом. Тогда много пены, если ее зажечь, вот это будет выстрел!

Александра Сенковская

Когда вы хотите вскипятить воду, то наливаете ее в чайник и ставите на огонь. Через некоторое время вода начинает кипеть.

Наверное, ни один из вас, прочитав первые строки, скривится и скажет:

— Фи, и это — физика? Что же здесь трудного? И вообще, что здесь интересного?

А между тем повседневные занятия доставляют нам массу интереснейших физических наблюдений. Если бы мы чаще задумывались над всем, что нас окружает, если бы безустанно искали ответов на вопросы, возникающие из наших наблюдений, мы бы вскоре убедились, что физика действительно «вокруг нас». Впрочем не надо и далеко искать этих тем: они сами бросаются в глаза при первой же возможности.

Ну вот хотя бы чайник, стоящий на огне. Именно потому, что он стоит «на огне», то есть источник тепла находится под чайником, вода в нем быстро закипает.

Мы знаем, что теплая вода всегда легче холодной. Поэтому-то молекулы воды, ударяясь о нагретое пламенем огня дно, нагреваются, становятся более легкими и сразу же стремятся всплыть на поверхность. На их место направляются молекулы холодной воды, находящиеся сверху. Такой обмен местами молекул теплой и холодной воды будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет равномерное повышение температуры всей жидкости. Самый лучший автомат не сделал бы этого так точно. Ну а теперь скажите, кто из вас знал, что в чайнике, поставленном на огонь, скрыт невидимый глазу и так замечательно действующий механизм, тщательно мешающий воду?

Если вы поняли принцип действия этого, в сущности говоря, простейшего механизма, то уже сейчас ответите на вопрос: как следует опускать в ведро кипятильник, глубоко или мелко. Правильно, глубоко, потому что только тогда произойдет быстрое смешивание теплой и холодной воды и ее быстрое вскипячение.

А теперь рассмотрим другую сторону этого вопроса. Надо не подогреть воду, а наоборот, остудить. Летом, в жару это особенно необходимо. Хозяйка приготовила великолепный освежающий напиток с лимоном и фруктовым соком, а пользуясь своим опытом при кипячении, поставила посудину с напитком на кусочки льда. Охлаждение будет происходить очень медленно. После нескольких часов хозяйка заметит, что на дне напиток стал немного холоднее, а вверху будет такой же теплый, как и перед остужением.

И опять, хотя дело, казалось бы, слишком обыденное, надо обратиться к физике. Она то и выяснит, какую ошибку сделала хозяйка. Итак, на этот раз кругооборот тепла требует, чтобы кусочки льда были помещены на крышке посуды. Лед, находясь над напитком, будет забирать тепло у расположенных ближе слоев напитка, охлаждая их. Охлажденные молекулы, становясь более тяжелыми, начнут опускаться на дно, а на их место продвинутся молекулы теплой воды снизу. Видите, наш «механизм» опять работает и старательно размешивает жидкость до тех пор, пока температура всего напитка не станет одинаковой, то есть до охлаждения всего напитка. Этот «механизм» надо уметь правильно привести в движение, а поэтому надо и знать законы физики. Ошибку, о которой мы здесь говорили, повторяют многие хозяйки. Посоветуйте им, как следует поступать в тех или иных случаях. Они будут вам благодарны.

Открою вам еще одни секрет нашего «механизма», работа которого не ограничивается только мешанием жидкости. При кипячении воды молекулы горячих выхлопных газов и нагретый воздух поднимаются вверх вдоль боковых стенок чайника, что обогревает его дополнительно. При охлаждении все происходит наоборот: холодный воздух опускается и омывает стенки чайника с водой, охлаждая ее дополнительно. И в первом, и во втором случае наш «механизм» работает безошибочно, а отдельные его действия складываются в одно целое.

Пожалуй, ни один вопрос домашнего хозяйства дает много интересного материала для физика. Возьмем к примеру приготовление кофе. Мама заварила отличный кофе, а гости как назло опаздывают. Холодный кофе, как известно, не вкусный, да и подогревать его нельзя — теряет свой вкус.

Опытные хозяйки поступают в таких случаях так: ставят кофейник с заваренным кофе в большую кастрюлю с горячей водой, которую можно оставить на огне, и температура воды в ней не превысит 100 °C, а кофе в кофейнике будет таким же вкусным и не перекипит. Но обязательно надо обратить внимание на то, чтобы дно кофейника не касалось дна кастрюли.

Почему так происходит? Физик сразу же и без колебания ответит: «Это происходит потому, что температура воды в кастрюле не поднимается, хотя кастрюля и находится на огне. Тепло огня идет на испарение воды. Часть воды переходит из жидкого состояния в парообразное. Надо только проследить, чтобы воды в кастрюле было много и кофейник не коснулся дна кастрюли. Если же кофейник коснется дна кастрюли, то начнет в него поступать дополнительная порция тепла, температура которого выше 100 °C, наша попытка сохранить вкусный кофе не удастся — кофе перекипит».