Илья Мельников - Невероятные физические опыты

Носить воду решетом можно не только в сказке. Знание физики поможет выполнить эту невозможную задачу.

Возьмите проволочное решето сантиметров 15 в поперечнике, с не слишком мелкими ячейками и окуните его сетку в растопленный парафин. Затем выньте решето из парафина, проволока окажется покрытой тонким слоем парафина, едва заметным для глаз. Решето осталось решетом, так как в нем есть сквозные отверстия, через которые свободно проходит булавка, но теперь вы можете, в буквальном смысле слова, носить в нем воду. В таком решете удерживается довольно высокий слой воды, не проливаясь сквозь ячейки. Надо только осторожно налить воду и оберегать решето от толчков. Почему же вода не стала проливаться?

Вода не стала проливаться, потому что не смачивая парафин, она образует в ячейках решета тонкие пленки, обращенные выпуклостью вниз, которые и удерживают воду. Такое парафинированное решето можно положить на воду, и оно будет держаться на ней. Значит, можно не только носить воду в решете но и плавать на нем.

Для опыта возьмите консервную банку, проделайте в дне дырочку и привяжите на веревку. Налейте в банку воды и поднимите ее за веревку. Пока никаких чудес не произошло. Вода льется тонкой струйкой из дырочки в дне банки. Она ведь имеет вес и стремится упасть вниз. Дырочка дает ей эту возможность.

Но если банку поднять повыше и, внимательно глядя на струйку, выпустить веревку из рук. Банка упадет на землю, но вы успеете заметить, что струйка не текла. Вода в падающей банке была невесомой.

Многие удивляются, когда узнают, что пленка мыльного пузыря представляет собой одну из самых тонких вещей, какие доступны невооруженному зрению. Обычные предметы сравнения, служащие в нашем языке для выражения тонкости, очень грубы по сравнению с мыльной пленкой. Выражения «тонкий, как волос», «тонкий, как бумага» – означают огромную толщину рядом с толщиной стенки мыльного пузыря, которая в 5000 раз тоньше волоса и папиросной бумаги.

При увеличении в 200 раз человеческий волос имеет толщину около сантиметра, разрез мыльной пленки даже при таком увеличении еще недоступен зрению. Необходимо увеличение еще в 200 раз, чтобы разрез стенки мыльного пузыря можно было увидеть в виде тонкой линии. Волос при таком увеличении (в 40000 раз) будет иметь более двух метров в толщину.

Эти приборы увеличивают потому, что определенным образом изменяют ход лучей. Сущность увеличительного действия микроскопа состоит не в том, что рассматриваемый предмет кажется больших размеров, а в том, что он рассматривается под большим углом зрения, а следовательно, его изображение занимает больше места на сетчатке глаза.

Угол зрения имеет очень важное значение. Здесь необходимо обратить внимание на важную особенность глаза: каждый предмет или каждая его часть представляющиеся нам под углом, меньшим одной угловой минуты, сливаются для нормального зрения в точку, в которой не различается ни формы, ни частей. Когда предмет далек от глаза, или мал, что весь он или отдельные части его представляются под углом зрения менее 1 минуты, мы перестаем различать в нем подробности его строения, так как при таком угле зрения изображение предмета или его части, на дне глаза захватывает не множество нервных окончаний в сетчатке сразу, а умещается полностью на одном чувствительном элементе. В этом случае подробности его формы и строения исчезают, и мы видим точку.

Изменяя ход лучей от рассматриваемого предмета, микроскоп или телескоп, показывают его под большим углом зрения. В этом случае изображение на сетчатке растягивается, захватывает больше нервных окончаний, и глаз различает уже в предмете уже такие подробности, которые раньше сливались в одну точку. Если указано, что микроскоп или телескоп увеличивает в 100 раз, то это значит, что он показывает предметы под углом зрения в 100 раз большим, чем человек видит их без оптического прибора. Если же прибор не увеличивает угла зрения, то он не дает никакого увеличения, хотя бы нам казалось, что мы видим предмет увеличенным.

Микроскоп представляет предметы не просто в увеличенном виде, а показывает их под большим углом зрения, вследствие чего на задней стенке глаза рисуется увеличенное изображение предмета, действующее на более многочисленные нервные окончания и тем доставляет человеческому сознанию большее число отдельных впечатлений, то есть микроскоп увеличивает не предметы, а их изображения на дне глаза.

Заглянув в окуляр обычного оптического микроскопа, человек на время оказывается в другом мире. И хотя он смотрит давно в микроскоп, но мир этот не все открыл его взору. И с помощью электронного микроскопа, дающего увеличение в миллион раз, нам пока не все еще удается рассмотреть. Более того, для специалистов, работающих в области исследований поверхности твердого тела, даже эти инструменты не подходят. Здесь нужна иная техника. И вот на помощь ученым пришел протонный микроскоп.

После подготовки прибора, к эксперименту, когда засветился экран, на нем проступили чуть заметные контуры какой-то фигуры. Она была сложена из линий и точек различной толщины и яркости. Увиденные на экране точки представляли собой изображение атомных рядов, а линии – атомные плоскости кристалла. Увидеть в непрозрачном материале его структуру – кристаллическую решетку, которая до того была недоступна даже электронным микроскопам – это настоящее чудо.

В серебристой колонне прибора спрятан мощный ускоритель протонов. Подобно тому как вода низвергается с высоты водопадом, так и протоны, разогнанные внутри прибора до энергии в 150 килоэлектронвольт, обрушиваются на исследуемый образец и как вода, разбившаяся о камни, так и частицы, отраженные от атомов вещества, «рисуют» на экране замысловатую графическую картину.

Протонный микроскоп дает возможность рассмотреть слой материала толщиной в тысячную долю миллиметра. На первый взгляд эта величина кажется небольшой, но для микромира она огромна. Тем более для полупроводниковых структур. Именно в этом тончайшем слое заключена сила современно радиоэлектроники, солнечных электростанций, эмиссионной техники.

Со многими трудностями пришлось столкнуться ученым из НИИ ядерной физики, работавшими над созданием этого уникального прибора. До сих пор подобных приборов не создавалось.

После окончания исследования оператор вынул кассету с фотопластинкой. На ней запечатлен показавшийся несведующему глазу простым мир, который ученому говорит о многом, в частности – о возможности создания новых высокотемпературных соединений, полупроводниковых и других материалов и многого другого.