Яков Перельман - Для юных физиков. Опыты и развлечения (сборник)

Всякая пылинка твердого или жидкого тела непременно должна падать в воздухе, «тонуть» в нем. Она и падает, но только падение ее происходит примерно так, как падает наш парашют. Дело в том, что у очень маленьких тел поверхность уменьшена не так сильно, как уменьшен их вес, – и потому мельчайшие крупинки обладают поверхностью весьма большой по сравнению с их весом. Если сравните дробинку с круглой пулей, которая в 100 раз тяжелее нее, то поверхность дробинки окажется меньше поверхности пули всего только в 10 раз. Это значит, что у дробинки поверхность по отношению к ее весу вдесятеро больше, чем у пули. Вообразите, что дробинка продолжает уменьшаться, пока не станет в миллион раз легче пули, т. е. превратится в свинцовую пылинку. У этой пылинки поверхность, по отношению к весу, в 1000 раз больше, чем у пули. Воздух мешает ее движению в 1000 раз сильнее, чем мешает он движению пули. И оттого она парит в воздухе, т. е. падает едва заметно, а при малейшем ветерке уносится даже вверх.

Из почтовой карточки или из другого листа картона такой же толщины вырежьте кружок величиной с отверстие стакана. Затем прорежьте его ножницами по спиральной линии в виде свернувшейся змейки, как показано в углу нашего рисунка. Кончик хвостика змеи наложите, – слегка подавив его сначала, чтобы сделать маленькую выбоинку в бумаге, – на острее вязальной спицы, воткнутой в пробку. Завитки змеи при этом опустятся, образуя нечто вроде миниатюрной спиральной лестницы.

Теперь «змея» готова. Можно приступить к опытам с нею. Поместите ее около топящейся кухонной плиты: змея завертится, и тем проворнее, чем плита горячее. Вообще возле всякого горячего предмета – лампы, самовара, чайника – змея будет более или менее оживленно вращаться, вращаться без устали и остановки, пока предмет остается горячим. Очень быстро вертится змея, если подвесить ее над керосиновой лампой, продев через кончик хвоста нитку с узелком, – как показано на нашем рисунке.

Что же заставляет змею вращаться? То же, что вращает крылья ветряной мельницы: ток воздуха. Возле каждого нагретого предмета есть течение теплого воздуха, поднимающееся от него вверх. Происходит этот ток оттого, что воздух при нагревании, как и все тела (кроме ледяной воды), расширяется и, значит, становится реже, т. е. легче. Окружающий его воздух, более холодный, а следовательно и более плотный, тяжелый, вытесняет его, заставляет его подниматься вверх, сам заступая его место, – чтобы тотчас же, нагревшись, разделить его участь и быть вытесненным новой порцией более холодного воздуха. Таким образом каждый нагретый предмет порождает над собою восходящее течение воздуха, которое поддерживается все время, пока предмет теплее окружающего воздуха. Вот этот-то восходящий ток, этот незаметный теплый ветерок, дующий вверх от каждого нагретого предмета, ударяет в завитки нашей бумажной змейки и заставляет ее вертеться, как ветер – крылья мельницы.

Вместо змеи можно заставить вращаться и бумажку иной формы, – например бабочку. Лучше вырезать ее из папиросной бумаги и, перевязав посредине, подвесить на очень тонкой ниточке (еще лучше – на волосе). Подвесьте такую бабочку над лампой, – и она закружится, как живая. Эффект опыта усилится тем, что бабочка отбросит на потолок свою тень в виде довольно большого темного силуэта, который будет повторять в усиленном виде все движения вращающейся бумажной бабочки. Человеку неподготовленному покажется, что в комнату залетела крупная черная бабочка и судорожно порхает под самым потолком…

Можно, наконец, поступить и так: воткнуть иглу в пробку, положить бумажную бабочку на острие иглы, подперев в такой точке бумажного контура, чтобы бабочка держалась в равновесии (точку эту – «центр тяжести» нашей бумажки – придется отыскивать рядом проб). Бабочка быстро завертится, если рядом находится какой-нибудь теплый предмет. К такой вертушке достаточно даже приблизить ладонь руки, чтобы вызвать довольно оживленное вращение.

С расширением воздуха при нагревании и возникающими вследствие этого восходящими течениями мы встречаемся положительно на каждом шагу. Все знают, что в натопленной комнате самый теплый воздух скопляется у потолка, а самый холодный стекает к полу – оттого нам и кажется, что дует снизу, если комната еще недостаточно нагрелась. И оттого, если приоткрыть дверь из теплой комнаты в холодную, холодный воздух втекает снизу, а теплый вытекает вверху (пламя свечи возле двери укажет вам направление этих течений). Если вы хотите сохранить тепло в натопленной комнате, позаботьтесь о том, чтобы через щель под дверью не втекал холодный воздух: для этого достаточно прикрыть эту щель ковриком или хотя бы даже просто газетным листом. Тогда и теплый воздух, не вытесняемый снизу холодным, не будет выходить через верхние щели комнаты.

Далее: что такое «тяга» в печи или фабричной трубе, как не восходящий ток теплого воздуха? А бумажные воздушные шары, пускаемые во время гуляний, разве они не оттого поднимаются, что воздух, нагреваемый в них (от пропитанной спиртом зажженной ваты), легче окружающего холодного? Мы могли бы еще сказать о теплых и холодных воздушных течениях в нашей атмосфере, о «пассатах», «муссонах», «бризах» и т. п. ветрах, – но это увлекло бы нас слишком далеко.

Легко ли получить бутылку льда? Казалось бы, зимою – что может быть легче? Налить воды в бутылку, выставить за окно, а остальное предоставить морозу: холод заморозит воду, и получится бутылка, полная льду.

Однако, если проделаете этот поучительный опыт, вы не без удивления убедитесь, что дело вовсе не так просто. Лед-то действительно получается, но бутылки при этом уже не оказывается: она раскалывается под напором замерзающего льда. Дело в том, что лед, замерзая, довольно заметно увеличивается в объеме – примерно на 10-ю долю, – и расширение происходит с такою неудержимою силою, что не только закупоренные бутылки лопаются, но даже и у открытых бутылок откалывается горлышко от напора расширяющегося под ним льда; вода, замерзшая в горлышке, – а замерзание начинается именно вверху, – играет как бы роль ледяной пробки, закупоривающей остальную часть жидкости.

Сила расширения замерзающего льда может разрывать не только стеклянные стенки посуды. Перед нею не может устоять и металл, если слой его не очень толст. Вода на морозе разрывает двухдюймовые стенки железной бомбы! Не удивительно, что так часто лопаются водопроводные трубы, когда в них замерзает вода.

Но то же свойство воды расширяться при замерзании является причиною и того, что лед плавает на воде, а не падает на дно. Если бы вода при затвердевании сжималась – как большинство тел природы, – то лед, образовавшись в воде, не плавал бы на ее поверхности, а тонул бы. И тогда мы лишились бы тех незаменимых услуг, которые доставляет нам каждую зиму