Леонид Гальперштейн - Здравствуй, физика!

Хорошенько смочи края стакана водой. Нет, и водяная «смазка» не помогает. Стакан все равно стоит на месте. Ничего, сейчас мы заставим лентяя двинуться в путь! А ну-ка, поднеси к нему горящую свечу или лучинку. Ближе, ближе, пусть почувствует жар.

Стакан все еще стоит…

Смотри-ка: двинулся! Быстрее, быстрее ползет вниз, словно спасаясь от огня!

Что же здесь произошло? Воздух в стакане нагрелся и немного расширился. Он чуть-чуть приподнял стакан и вышел бы наружу, да мешает вода, которой смочены края. Стакан словно «повис» на водяной прослойке. Трение резко уменьшилось, и он пополз, вернее, поплыл вниз!

Надеюсь, у тебя еще сохранился аппарат, в котором мы недавно нагревали воздух? Да, да, тот самый: бутылка с пробкой и трубочкой. Сейчас мы его используем для нового опыта. Будем нагревать уже не воздух, а воду.

На этот раз наполни бутылку водой до самого верха, до краев горлышка. Трубку выдвинь повыше и заткни бутылку пробкой. Вытесненный пробкой излишек воды поднимется по трубке. Пусть он там установится на высоте 1–2 см над пробкой. Если будет больше, отлей. Хорошо и здесь подкрасить воду чернилами.

Теперь воду в бутылке надо нагреть. Но здесь уже тепла твоих рук не хватит. Придется установить бутылку в кастрюлю с водой, подложив две палочки, чтобы под дном бутылки тоже была водяная прослойка, и все это сооружение поставить на огонь. Это называется «нагревать на водяной бане». Прямо ставить бутылку на огонь нельзя: она лопнет.

Следи внимательно за уровнем воды в трубке. Надеюсь, ты и на этот раз не забыл подкрасить воду чернилами? Смотри-ка: уровень немного опустился… Что же это, неужели вода при нагревании сжимается? Но не спеши с выводами. Уровень воды в трубке снова пополз вверх и поднимается все дальше и дальше. Он теперь выше, чем был с самого начала.

Значит, вода при нагревании все-таки расширяется. Ну, а почему же сначала уровень шел вниз? Не догадываешься? Да потому, что первой нагрелась бутылка и тоже расширилась. А потом уже тепло дошло до воды!

Надеюсь, нормальная? Впрочем, это легко проверить. Возьми-ка термометр и подержи его под мышкой. Через несколько минут вынь и посмотри на шкалу. Видишь блестящий столбик ртути? Когда ты термометр ставил, этого столбика не было. Откуда же он взялся?

Ты скажешь: выполз снизу? Там ведь вон какая здоровая капля ртути в самом кончике трубочки! Совершенно верно, ртуть поднялась по трубочке именно из этой капли. Поднялась потому, что термометр нагрелся и жидкая ртуть в нем расширилась. Совсем как вода в нашем предыдущем опыте!

Есть еще термометры комнатные, и наружные, и водяные, которые пускают плавать в ванну. В тех не ртуть налита, а какая-то красная жидкость. Это спирт, подкрашенный, чтобы лучше было видно. Значит, спирт тоже при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается.

Как ты думаешь, что делается при нагревании с твердыми телами? Газы расширяются, жидкости расширяются. Наверное, и твердые тела тоже? Да, они тоже расширяются. Ты уже заметил это в опыте с нагреванием воды. Помнишь, уровень воды в трубке сначала немного понизился? Это ведь получилось потому, что бутылка расширилась. А бутылка — твердое тело.

Кстати, расширение бутылки может тебе пригодиться. Духи и одеколон часто продают во флаконах со стеклянными пробками. Пробки эти плотно пригнаны к горлышку, притерты, чтобы ценная жидкость не испарялась зря. Иногда такая пробка «заедает» и ее невозможно открыть. Что делать? Попросить кого-нибудь, кто посильнее? Силач охотно берется за дело. Трах! Пробка ломается — и все же флакон остается закрытым.

А ведь «ларчик просто открывался». Достаточно было несколько секунд подержать горлышко флакона в горячей воде или осторожно подогреть на спичке. Горлышко расширилось бы, и пробку можно было бы вынуть без усилия. Только не грей слишком долго, иначе пробка успеет нагреться и тоже расширится!

Впрочем, мы собирались нагревать иголку. Вырежь из пробки, из дощечки или выпили из фанеры такую дужку, как у нас на рисунке.

Иглу воткни острием в целый конец дужки (на рисунке — левый), а ушком свободно положи на правый, срезанный. Подбери другую иголку, потоньше. Ее острие должно пройти сквозь ушко первой, горизонтальной иглы да еще войти в дерево на 2–3 мм. Эта вертикальная игла будет стрелкой нашего приборчика. Чтобы ее движение было заметнее, рядом воткни вторую, контрольную.

Контрольная иголка должна быть параллельна иголке-стрелке.

Нагрей теперь горизонтальную иглу на свече или спичке. Она удлинится, ушко поползет вправо и отклонит вертикальную стрелку!

Красивый опыт можно сделать со стальной вязальной спицей. Пропусти ее сквозь пробку (или обрезок моркови). По обе стороны спицы воткни в эту пробку две булавки, как показано на рисунке. Они должны стоять острыми концами на донышке стакана.

На концы спицы насади по морковке. Лучше не серединкой, а так, чтобы основная часть каждой морковки была внизу. Это сделает равновесие спицы более устойчивым: ведь центр тяжести опустился ниже!

Получилось что-то вроде весов, Передвигая морковки, добейся, чтобы спица стояла совершенно горизонтально. Получилось? Ну, а теперь поставь под одно плечо этих весов зажженную свечу. Внимание… Смотри-ка: нагретое плечо опустилось! Убери свечу — и через некоторое время равновесие восстановится.

В чем здесь дело? Неужели одна сторона спицы от нагревания стала тяжелее? Нет, конечно. Просто она стала длиннее, и морковка «отъехала» дальше от точки опоры. Поэтому она и перетянула, как птичка перетягивала бегемота! А когда спица остыла, она снова укоротилась, и все стало по-прежнему.

Чем же мы его будем нагревать? Спичкой? Свечкой? Не беспокойся, мост и без нас нагреется. Пусть только солнышко припечет хорошенько! А зимой, в мороз, мост, конечно, охладится. Но ведь мост стальной, как иголка или спица. Что же, значит, и он при нагревании удлиняется? Значит, мост летом длиннее, чем зимой?

Да, длиннее. Очень немножко, всего на несколько сантиметров. Но этого может хватить, чтобы разрушить устои, на которые мост опирается! Поэтому большие мосты из стали или железобетона ставят особенным способом. Неподвижно закрепляют только один конец моста, а другой лежит на стальных катках. Летом эти катки чуть отъезжают в сторону берега, зимой — в сторону реки. Мост «дышит»!