Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Гуделка — это тонкая деревянная дощечка, к которой с одной стороны привязан шнурок. Держа рукой второй конец шнурка, деревянную дощечку быстро раскручивают, при этом раздается звук жужжания или гудения. (Австралийскую гуделку можно увидеть и послушать в фильме «Крокодил Данди 2».) Что вызывает этот звук?

ОТВЕТ •Дощечку на веревке вращают вокруг головы, закручивая веревку сначала в одном направлении, потом раскручивая и опять закручивая, но уже в противоположном направлении. Это движение в воздухе создает воздушные вихри, похожие на те, что возникают в телефонных проводах (см. задачу 3.2). Перепады давления в этих вихрях заставляют колебаться и саму дощечку, так что звук, который мы слышим, обязан своим происхождением и вихрям, и колебаниям дощечки.

Гремучие змеи очень ядовиты и опасны для людей. Если этих змей обнаруживают в жилых районах, их обычно убивают. Однако смерть змеи не означает, что в то же мгновение она перестала представлять опасность. Действительно, многим пришлось пожалеть, что они сразу тянулись к мертвой змее, намереваясь выбросить ее. Змея могла быть мертва уже 30 минут, но она делала бросок, вонзала зубы в поднесенную к ней руку и выпускала яд. Как мертвая гремучая змея может атаковать человеческую руку?

ОТВЕТ •Между глазом и ноздрей на каждой стороне головы гремучей змеи имеется термочувствительная ямка. Когда, скажем, мышь оказывается неподалеку от головы змеи, излучаемое ею тепло улавливается этими ямками, вызывая рефлекторное действие: змея атакует и кусает. Поэтому змея может охотиться даже в безлунную ночь: видимый свет для этого ей не требуется.

Поскольку нервная система змеи продолжает функционировать какое-то время и после ее смерти, тепло, исходящее от приближающейся руки, может вызвать то же самое рефлекторное действие. Герпетологи (специалисты, изучающие змей) советуют: если надо убрать недавно убитую гремучую змею, не делайте этого рукой, а воспользуйтесь длинной палкой.

Рис. 4.1 / Задача 4.1

Мелкий жук златка пожарная ( Melanophila acuminata ) известен благодаря своему странному поведению. Жуки слетаются на лесные пожары, спариваются неподалеку, а затем женские особи летят ко все еще дымящимся остаткам деревьев и откладывают яйца в горелую древесину. Это идеальное место для личинок, которые вылупятся из яиц, потому что теперь дерево не может защититься от них ни химическим путем, ни с помощью смолы. Конечно, если жуки находятся недалеко от огня, определить место пожара легко, но им удается обнаружить пожар, находясь в 12 км от него! Как они это делают? Ясно одно: на таком расстоянии жуки не могут ни увидеть пожар, ни почувствовать запах гари.

ОТВЕТ •На каждом боку у этих жуков имеется пара органов, играющих роль детекторов инфракрасного излучения. Каждый из них состоит примерно из 70 округлых телец — рецепторов. При поглощении инфракрасного излучения сферическая часть рецептора слегка расширяется и надавливает на чувствительную клетку. Так энергия инфракрасного излучения преобразуется в нервный импульс. Определив, что где-то пожар, жук ориентируется так, чтобы все его четыре рецептора почувствовали инфракрасное излучение: он «нацеливается» на пожар, а затем летит в выбранном направлении.

В Японии гигантские шершни Vespa mandarinia japonica нападают на пчел. Если такой шершень пытается атаковать пчелиный улей, несколько сотен пчел облепляют его, образуя плотный клубок. Примерно через 20 минут шершень умирает, хотя пчелы не жалят, не кусают, не сдавливают и не душат его. Почему же шершень погибает?

ОТВЕТ •Нормальная температура тела японских пчел 35°C. Образовав плотный клубок вокруг гигантского шершня, они быстро повышают температуру до 47–48°C. Если бы поднялась температура только у нескольких пчел, энергия, переданная шершню, была бы незначительной, поскольку б о льшая часть излученного тепла рассеивалась бы. Однако, когда шершень попадает в устроенную пчелами ловушку, повышается температура всех пчел одновременно, и значительное количество тепла передается шершню. Неопасное для пчел повышение температуры для шершня смертельно.

Почему ночью броненосцы (бывает, десяток особей) сбиваются в группы? Почему императорские пингвины (иногда тысячи птиц) собираются вместе во время антарктической зимы?

ОТВЕТ •Во время холодов броненосцы, императорские пингвины и многие другие теплокровные животные жмутся друг к другу, чтобы не замерзнуть. Если, скажем, императорский пингвин держится особняком, он теряет большое количество тепла за счет теплопроводности (тепло уходит в землю), конвекции (тепло уносится воздухом; при этом потери тепла особенно велики, если воздух движется) и теплового излучения (тепло рассеивается во все стороны). В суровом климате Антарктики, где температура может достигать –40°C, а скорость ветра 300 км/ч, для отдельного пингвина потери энергии могут быть смертельно опасны. Скучивание особенно важно, когда пингвины антарктической зимой высиживают яйца. Этим занимается главным образом пингвин-отец — он месяцами держит яйцо на своих лапах. В течение всего инкубационного периода пингвину приходится воздерживаться от пищи, добыть которую он может только в море. Поскольку в это время с пищей энергия не поступает, он вынужден держаться вместе с остальными пингвинами, чтобы свести к минимуму энергетические потери, иначе ему придется оставить яйцо и отправиться на поиски пропитания.

Сбиваясь в тесные группы (до 10 птиц на квадратный метр), пингвины существенно уменьшают потери тепла из-за конвекции и излучения. Большое количество тепла теряют только птицы, стоящие по периметру, но и их согревают ближайшие соседи. Все это можно объяснить на простом примере: поставьте на холод отдельные «теплые цилиндры» — тепловые потери будут очень большими, поскольку велика площадь поверхности, через которую уходит энергия. Однако если связать цилиндры вместе, так чтобы получился один цилиндр большого радиуса, его общая площадь поверхности окажется меньше и, следовательно, потери энергии, уходящей через поверхность, снизятся.

Некоторые ученые полагают, что на короткое время человек может выйти в открытый космос без скафандра (как в фильме 2001 года «Космическая одиссея»). Почувствует ли космонавт холод, если будет «прогуливаться» вдали от Солнца? Подстерегает ли его еще какая-нибудь опасность, кроме недостатка кислорода?