Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей

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.

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.

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.

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.