Интересни експерименти по физика за деца. В дълбока мина

В училищните уроци по физика учителите винаги казват, че физическите явления са навсякъде в живота ни. Просто често забравяме за това. Междувременно невероятното е близо! Не мислете, че ще ви трябва нещо свръхестествено, за да организирате физически експерименти у дома. И ето малко доказателства за вас ;)

магнитен молив

Какво трябва да се подготви?

• батерия.
• Дебел молив.
• Меден изолиран проводник с диаметър 0,2-0,3 mm и дължина от няколко метра (колкото повече, толкова по-добре).
• скоч.

Диригентски опит

Навийте жицата плътно завъртете, за да включите молива, като не достигате ръбовете му с 1 см. Единият ред е свършил - навийте другия отгоре в обратната посока. И така нататък, докато цялата жица свърши. Не забравяйте да оставите свободни два края на телта по 8–10 см. За да предотвратите размотаването на завоите след навиване, ги закрепете с лента. Отстранете свободните краища на проводника и ги свържете към контактите на акумулатора.

Какво стана?

Имам магнит! Опитайте се да донесете малки железни предмети към него - кламер, фиби. Привлечени са!

Господар на водата

Какво трябва да се подготви?

• Пръчка от плексиглас (например ученическа линийка или обикновен пластмасов гребен).
• Сух плат от коприна или вълна (например вълнен пуловер).

Диригентски опит

Отворете крана, така че да тече тънка струя вода. Разтрийте енергично клечката или гребена върху подготвената кърпа. Бързо приближете пръчката до струята вода, без да я докосвате.

Какво ще се случи?

Водна струя ще бъде огъната от дъга, привлечена от пръчката. Опитайте същото с две пръчки и вижте какво ще стане.

пумпал

Какво трябва да се подготви?

• Хартия, игла и гума.
• Пръчка и суха вълнена кърпа от предишен опит.

Диригентски опит

Можете да управлявате не само водата! Изрежете лента от хартия с ширина 1-2 см и дължина 10-15 см, огънете по краищата и в средата, както е показано на фигурата. Вкарайте иглата със заострен край в гумата. Балансирайте горната част на детайла върху иглата. Пригответе "магическа пръчка", разтрийте я върху суха кърпа и я донесете до единия от краищата на хартиената лента отстрани или отгоре, без да я докосвате.

Какво ще се случи?

Лентата ще се люлее нагоре и надолу като люлка или ще се върти като въртележка. И ако можете да изрежете пеперуда от тънка хартия, тогава изживяването ще бъде още по-интересно.

Лед и огън

(експериментът се провежда в слънчев ден)

Какво трябва да се подготви?

• Малка чаша с кръгло дъно.
• Парче суха хартия.

Диригентски опит

Изсипете в чаша вода и поставете във фризера. Когато водата се превърне в лед, извадете чашата и я поставете в купа с гореща вода. След известно време ледът ще се отдели от чашата. Сега излезте на балкона, поставете лист хартия на каменния под на балкона. С парче лед фокусирайте слънцето върху лист хартия.

Какво ще се случи?

Хартията трябва да бъде овъглена, защото в ръцете вече не е просто лед... Познахте ли, че сте направили лупа?

Грешно огледало

Какво трябва да се подготви?

• Прозрачен буркан с плътно прилепващ капак.
• Огледало.

Диригентски опит

Изсипете излишната вода в буркан и затворете капака, за да предотвратите навлизането на въздушни мехурчета вътре. Поставете буркана с главата надолу върху огледало. Сега можете да се погледнете в огледалото.

Увеличете лицето си и погледнете вътре. Ще има миниатюра. Сега започнете да накланяте буркана настрани, без да го повдигате от огледалото.

Какво ще се случи?

Отражението на главата ви в буркана, разбира се, също ще се накланя, докато се обърне с главата надолу, докато краката няма да се виждат. Вземете буркана и отражението ще се обърне отново.

Коктейл с балончета

Какво трябва да се подготви?

• Чаша силен солен разтвор.
• Батерия от фенерче.
• Две парчета медна тел с дължина около 10 см.
• Фина шкурка.

Диригентски опит

Почистете краищата на жицата с фина шкурка. Свържете единия край на проводниците към всеки полюс на батерията. Потопете свободните краища на проводниците в чаша с разтвор.

Какво стана?

Мехурчетата ще се издигат близо до спуснатите краища на жицата.

Батерия с лимон

Какво трябва да се подготви?

• Лимон, старателно измити и подсушен.
• Две парчета изолиран меден проводник с дебелина приблизително 0,2–0,5 mm и дължина 10 cm.
• Стоманена кламер.
• Крушка от фенерче.

Диригентски опит

Отстранете противоположните краища на двата проводника на разстояние 2-3 см. Поставете кламер в лимона, завийте края на един от проводниците към него. Поставете края на втория проводник в лимона на 1-1,5 см от щипката. За да направите това, първо пробийте лимона на това място с игла. Вземете двата свободни края на проводниците и прикрепете крушките към контактите.

Какво ще се случи?

Лампата ще светне!

Такова море съществува в страна, позната на човечеството от древни времена. Това е известното Мъртво море на Палестина. Водите му са необичайно солени, толкова много, че нито едно живо същество не може да живее в тях. Горещият климат без дъждове на Палестина причинява силно изпаряване на водата от повърхността на морето. Но само чистата вода се изпарява, докато разтворените соли остават в морето и повишават солеността на водата.Ето защо водата на Мъртво море не съдържа 2 или 3 процента сол (тегловно), както повечето морета и океани, а 27 процента или повече; солеността се увеличава с дълбочина. И така, четвъртата част от съдържанието на Мъртво море са соли, разтворени във водата. Общото количество соли в него се оценява на 40 милиона тона.
Високата соленост на Мъртво море определя една от неговите особености: водата в това море е много по-тежка от обикновената морска вода. Невъзможно е да се удавите в такава тежка течност: човешкото тяло е по-леко от него.
Теглото на нашето тяло е забележимо по-малко от теглото на равен обем гъсто солена вода и следователно, според закона на плуването, човек не може да се удави в Мъртво море; плува в него, както пилешко яйце плува в солена вода (която потъва в прясна вода)
Хумористът Марк Твен, който посети това езеро-море, описва с комични детайли необикновените усещания, които той и спътниците му изпитаха, докато плуваха в тежките води на Мъртво море:
„Беше забавно плуване! Не можехме да се удавим. Тук можете да се изпънете във водата по цялата дължина, да лежите по гръб и да скръстите ръце на гърдите си, като по-голямата част от тялото остава над водата. В същото време можете напълно да вдигнете главата си ... Можете да легнете много удобно по гръб, като повдигате колониите до брадичката си и ги хващате с ръце - но скоро ще се обърнете, тъй като главата ви надделява. Можете да застанете на главата си - и от средата на гърдите до края на краката ще останете извън водата, но няма да можете да поддържате тази позиция дълго време. Не можете да плувате по гръб, като се движите забележимо, защото краката ви стърчат от водата и трябва да се отблъсквате само с пети. Ако плувате с лице надолу, значи не се движите напред, а назад. Конят е толкова нестабилен, че не може нито да плува, нито да стои в Мъртво море - веднага ляга на една страна.
На фиг. 49 виждате човек доста удобно кацнал на повърхността на Мъртво море; голямото специфично тегло на водата му позволява да чете книга в това положение, предпазвайки се с чадър от изгарящите лъчи на слънцето.
Водата на Кара-Богаз-Гол (заливът на Каспийско море) и не по-малко солената вода на езерото Елтън, съдържаща 27% соли, имат същите изключителни свойства.
Нещо от този вид изпитват тези пациенти, които правят солени вани. Ако солеността на водата е много висока, както например в староруските минерални води, тогава пациентът трябва да положи много усилия, за да остане на дъното на ваната. Чух жена, лекувана в Стара Руса, да се оплаква възмутено, че водата „положително я е избутала от банята“. Изглежда, че тя е била склонна да обвинява не закона на Архимед, а администрацията на курорта ...

Фигура 49. Човек на повърхността на Мъртво море (от снимка).

Фигура 50. Товарна линия на борда на кораба. Обозначенията на марките се правят на нивото на водната линия. За по-голяма яснота те също са показани отделно в уголемен вид. Значението на буквите е обяснено в текста.
Степента на соленост на водата в различните морета варира до известна степен и съответно корабите не седят еднакво дълбоко в морската вода. Може би някои от читателите случайно са видели на борда на кораба в близост до ватерлинията така наречената "маркировка на Лойд" - знак, показващ нивото на ограничаващите водни линии във вода с различна плътност. Например, показано на фиг. 50 товарна линия означава нивото на ограничителната водна линия:
в прясна вода (Fresch Water) .............................. FW
в Индийския океан (Индийско лято) ....................... ИС
в солена вода през лятото (лятото) .......................... S
в солена вода през зимата (зима) ............................ W
всичко в. Атлант. океан през зимата (Winter North Atlantik) .. WNA
У нас тези степени са въведени като задължителни от 1909 г. Нека отбележим в заключение, че има разнообразие от вода, която дори в чист вид, без никакви примеси, е забележимо по-тежка от обикновената вода; специфичното му тегло е 1,1, тоест с 10% повече от обикновеното; следователно в басейн с такава вода човек, който дори не може да плува, трудно може да се удави. Такава вода се наричала "тежка" вода; химичната му формула е D2O (водородът в състава му се състои от атоми, два пъти по-тежки от обикновените водородни атоми и се обозначава с буквата D). "Тежката" вода се разтваря в незначително количество в обикновена вода: в кофа с питейна вода тя съдържа около 8 g.
Тежка вода със състав D2O (може да има седемнадесет разновидности тежка вода с различен състав) в момента се извлича почти в чист вид; примесът на обикновена вода е около 0,05%.

Как работи ледоразбивачът?

Когато се къпете, не пропускайте възможността да направите следния експеримент. Преди да напуснете ваната, отворете изхода, докато все още лежите на дъното. Тъй като все повече и повече от тялото ви започва да се издига над водата, ще усетите постепенно тежест върху него. В същото време ще се убедите по най-очевидния начин, че теглото, загубено от тялото във водата (спомнете си колко леко сте се почувствали във ваната!), се появява отново веднага щом тялото излезе от водата.
Когато китът неволно направи такъв експеримент, като се окаже заседнал по време на отлив, последствията са фатални за животното: то ще бъде смазано от собствената си чудовищна тежест. Нищо чудно, че китовете живеят във водната стихия: плаващата сила на течността ги спасява от пагубния ефект на гравитацията.
Горното е тясно свързано със заглавието на тази статия. Работата на ледоразбивача се основава на същия физически феномен: частта от кораба, извадена от водата, престава да се балансира от плаващото действие на водата и придобива своята „земна” тежест. Не бива да се мисли, че ледоразбивачът реже леда в движение с непрекъснатия натиск на носа си – натиска на стеблото. Така не работят ледоразбивачите, а ледорезите. Този начин на действие е подходящ само за относително тънък лед.
Истинските морски ледоразбивачи, като Krasin или Yermak, работят по различен начин. Под действието на мощните си машини ледоразбивачът изтласква носа си върху повърхността на леда, която за целта е подредена силно наклонена под вода. След като излезе от водата, носът на кораба придобива пълното си тегло и този огромен товар (за „Ермак“ това тегло достигна например до 800 тона) разбива леда. За да се засили действието, в носовите резервоари на ледоразбивача често се изпомпва повече вода - „течен баласт“.
Така работи ледоразбивачът, докато дебелината на леда не надвишава половин метър. По-мощният лед се разбива от ударното действие на съда. Ледоразбивачът отстъпва назад и се удря в ръба на леда с цялата си маса. В този случай вече не действа тежестта, а кинетичната енергия на движещия се кораб; корабът се превръща сякаш в артилерийски снаряд с ниска скорост, но с огромна маса, в таран.
Ледени хълмове високи няколко метра се разбиват от енергията на многократните удари от силния лък на ледоразбивача.
Участник в известния Сибиряковски преход през 1932 г., полярен изследовател Н. Марков, описва работата на този ледоразбивач по следния начин:
„Сред стотици ледени скали, сред непрекъснатата ледена покривка, Сибиряков започна битката. В продължение на петдесет и два часа подред стрелката на машинния телеграф скача от „пълен назад“ на „пълен напред“. Тринадесет четиричасови морски часовници "Сибиряков" се блъснаха в леда от ускорение, смачкаха го с носа си, качиха се на леда, счупиха го и отново се оттеглиха. Ледът, дебел три четвърти метър, трудно се поддаде. С всеки удар те пробиваха път до една трета от корпуса.
СССР разполага с най-големите и мощни ледоразбивачи в света.

Къде са потъналите кораби?

Широко разпространено е мнението, дори сред моряците, че корабите, потънали в океана, не достигат морското дъно, а висят неподвижно на определена дълбочина, където водата „съответно се уплътнява от натиска на горните слоеве“.
Това мнение очевидно е споделяно дори от автора на 20 000 лиги под морето; в една от главите на този роман Жул Верн описва потънал кораб, висящ неподвижно във водата, а в друга споменава кораби, „гниещи, висящи свободно във водата“.
Правилно ли е подобно твърдение?
Изглежда има някаква основа за това, тъй като налягането на водата в дълбините на океана наистина достига огромни градуси. На дълбочина 10 m водата притиска със сила 1 kg на 1 cm2 от потопено тяло. На дълбочина 20 m това налягане вече е 2 kg, на дълбочина 100 m - 10 kg, 1000 m - 100 kg. Океанът на много места е с дълбочина от няколко километра, достигайки повече от 11 km в най-дълбоките части на Големия океан (Марианската падина). Лесно е да се изчисли какво огромно налягане трябва да изпитат водата и предметите, потопени в нея на тези огромни дълбочини.
Ако празна запушена бутилка се спусне на значителна дълбочина и след това отново се извади, ще се установи, че налягането на водата е забило тапата в бутилката и целият съд е пълен с вода. Известният океанограф Джон Мъри в книгата си „Океанът“ казва, че е проведен такъв експеримент: три стъклени тръби с различни размери, запечатани в двата края, са увити в платно и поставени в меден цилиндър с отвори за свободно преминаване на вода. Цилиндърът е спуснат на дълбочина от 5 км. Когато го извадиха оттам, се оказа, че платното е напълнено със сняг маса: беше натрошено стъкло. Парчета дървесина, спуснати на подобна дълбочина, след като са били извадени, потъваха във вода като тухла - толкова бяха изцедени.
Изглежда естествено да се очаква, че такова чудовищно налягане трябва да кондензира така водата на големи дълбочини, че дори тежки предмети няма да потънат в нея, точно както желязна тежест не потъва в живак.
Това мнение обаче е напълно неоснователно. Опитът показва, че водата, както всички течности като цяло, не е много свиваема. Притисната със сила от 1 kg на 1 cm2, водата се компресира само с 1/22 000 от обема си и се компресира приблизително по същия начин с допълнително увеличаване на налягането на килограм. Ако искаме да доведем водата до такава плътност, че желязото да може да плува в нея, ще е необходимо да я кондензираме 8 пъти. Междувременно, за уплътняване само наполовина, т.е. за намаляване на обема наполовина, е необходимо налягане от 11 000 kg на 1 cm2 (ако само споменатата мярка на компресия се извършва за такива огромни налягания). Това съответства на дълбочина от 110 км под морското равнище!
От това става ясно, че няма абсолютно никаква нужда да говорим за някакво забележимо уплътняване на водата в дълбините на океаните. В най-дълбокото им място водата е с дебелина само 1100/22 000, тоест 1/20 от нормалната й плътност, само 5%. Това почти не може да повлияе на условията за плаване на различни тела в него, особено след като твърдите предмети, потопени в такава вода, също са подложени на това налягане и следователно също се уплътняват.
Следователно не може да има ни най-малко съмнение, че потънали кораби почиват на дъното на океана. „Всичко, което потъва в чаша вода“, казва Мъри, „трябва да отиде на дъното и в най-дълбокия океан“.
Чувал съм такова възражение за това. Ако чаша се потопи внимателно с главата надолу във вода, тя може да остане в това положение, тъй като ще измести обем вода, който тежи колкото чашата. По-тежка метална чаша може да се държи в подобно положение и под нивото на водата, без да потъва на дъното. По същия начин, сякаш крайцер или друг кораб, преобърнат с кил, може да спре на половината път. Ако в някои помещения на кораба въздухът е плътно затворен, тогава корабът ще потъне до определена дълбочина и ще спре там.
В крайна сметка доста кораби потъват с главата надолу - и е възможно някои от тях никога да не достигнат дъното, оставайки да висят в тъмните дълбини на океана. Лек тласък би бил достатъчен, за да разбалансира такъв кораб, да го обърне, напълни го с вода и да го накара да падне на дъното - как може да има сътресения в дълбините на океана, където тишината и спокойствието царят вечно и където дори ехото на бурите не прониква?
Всички тези аргументи се основават на физическа грешка. Преобърната чаша не се потапя във вода - тя трябва да бъде потопена от външна сила във вода, като парче дърво или празна запушена бутилка. По същия начин кораб, преобърнат с кил нагоре, изобщо няма да започне да потъва, а ще остане на повърхността на водата. Той не може да се намери по средата между нивото на океана и дъното му.

Как се сбъднаха мечтите на Жул Верн и Уелс

Истинските подводници на нашето време в някои отношения не само настигнаха фантастичния Nautilus на Жул Верп, но дори го надминаха. Вярно е, че скоростта на настоящите подводни крайцери е наполовина по-малка от тази на Nautilus: 24 възела срещу 50 за Жул Верн (възел е около 1,8 км в час). Най-дългото преминаване на съвременна подводница е околосветско пътуване, докато капитан Немо прави пътуване два пъти по-дълго. От друга страна, „Наутилус“ имаше водоизместимост само 1500 тона, имаше екипаж от едва две-три дузини души на борда и беше в състояние да остане под вода без прекъсване не повече от четиридесет и осем часа. Подводният крайцер "Surkuf", построен през 1929 г. и собственост на френския флот, имаше водоизместимост 3200 тона, управляваше се от екип от сто и петдесет души и можеше да остане под вода, без да изплува, до сто и двадесет часа.
Тази подводница може да направи прехода от пристанищата на Франция до остров Мадагаскар, без да навлиза в нито едно пристанище по пътя. По отношение на комфорта на жилищните помещения, Surkuf, може би, не беше по-нисък от Nautilus. Освен това Surkuf имаше несъмненото предимство пред кораба на капитан Немо, че на горната палуба на крайцера беше подреден водоустойчив хангар за разузнавателен хидроплан. Отбелязваме също, че Жул Верн не е оборудвал Nautilus с перископ, давайки на лодката възможност да види хоризонта изпод водата.
Само в едно отношение истинските подводници все още ще изостават много от създаването на фантазията на френския писател: в дълбочината на потапяне. Трябва обаче да се отбележи, че в този момент фантазията на Жул Верн премина границите на правдоподобността. „Капитан Немо“, четем на едно място в романа, „достигна дълбочини от три, четири, пет, седем, девет и десет хиляди метра под повърхността на океана“. И веднъж Наутилус потъна дори на безпрецедентна дълбочина - 16 хиляди метра! „Почувствах – казва героят на романа – как треперят крепежните елементи на желязната обшивка на подводницата, как се огъват скобите й, как се движат вътре в прозорците, поддавайки се на налягането на водата. Ако нашият кораб нямаше силата от твърдо лято тяло, то незабавно ще бъде сплескана в торта."
Страхът е съвсем подходящ, тъй като на дълбочина от 16 км (ако имаше такава дълбочина в океана) налягането на водата би трябвало да достигне 16 000: 10 = 1600 кг на 1 см2 , или 1600 технически атмосфери ; подобно усилие не смачква желязото, но със сигурност би смачкало конструкцията. Съвременната океанография обаче не познава такава дълбочина. Преувеличените представи за дълбините на океана, преобладаващи в ерата на Жул Верн (романът е написан през 1869 г.), се обясняват с несъвършенството на методите за измерване на дълбочината. В онези дни не се използва тел за лин-лот, а конопено въже; толкова много се задържаше от триенето във водата, толкова по-силно, колкото по-дълбоко потъваше; на значителна дълбочина триенето нарасна до такава степен, че партидата изобщо престана да пада, без значение колко е отровена линията: конопеното въже само се заплита, създавайки впечатление за голяма дълбочина.
Подводниците на нашето време са способни да издържат на налягане от не повече от 25 атмосфери; това определя най-голямата дълбочина на тяхното потапяне: 250 м. Много по-голяма дълбочина е постигната в специален апарат, наречен „батисфера“ (фиг. 51) и проектиран специално за изследване на фауната на океанските дълбини. Този апарат обаче не прилича на „Наутилус“ на Жул Верн, а на фантастичното творение на друг романист – дълбоководната топка на Уелс, описана в разказа „В морските дълбини“. Героят на тази история се спусна на дъното на океана на дълбочина от 9 км в стоманена топка с дебели стени; устройството беше потопено без кабел, но с подвижен товар; след като достигна дъното на океана, топката беше освободена тук от товара, който я отнесе и бързо излетя до повърхността на водата.
В батисферата учените са достигнали дълбочина над 900 м. Батисферата се спуска по кабел от кораб, с който седящите в топката поддържат телефонна връзка.

Фигура 51. Стоманен сферичен апарат "батисфера" за спускане в дълбоките слоеве на океана. В този апарат Уилям Бийбе достига дълбочина от 923 м през 1934 г. Дебелината на стените на топката е около 4 см, диаметърът е 1,5 м, а теглото е 2,5 тона.

Как е отгледан Садко?

В широката океанска шир хиляди големи и малки кораби загиват всяка година, особено във военно време. Най-ценните и достъпни от потъналите кораби започнаха да се извличат от дъното на морето. Съветските инженери и водолази, които са част от EPRON (т.е. Подводната експедиция със специална цел), станаха известни в цял свят с успешното вдигане на повече от 150 големи кораба. Сред тях един от най-големите е ледоразбивачът Садко, който потъва в Бяло море през 1916 г. поради небрежност на капитана. След като е лежал на морското дъно в продължение на 17 години, този отличен ледоразбивач беше издигнат от работниците на EPRON и върнат в експлоатация.
Техниката на повдигане се основаваше изцяло на прилагането на закона на Архимед. Под корпуса на потъналия кораб в почвата на морското дъно водолази изкопаха 12 тунела и издърпаха здрава стоманена кърпа през всеки от тях. Краищата на кърпите бяха прикрепени към понтони, нарочно потънали близо до ледоразбивача. Цялата тази работа е извършена на дълбочина от 25 m под морското равнище.
Понтоните (фиг. 52) представлявали кухи непробиваеми железни цилиндри с дължина 11 m и диаметър 5,5 m. Празният понтон тежеше 50 тона. Според правилата на геометрията е лесно да се изчисли неговият обем: около 250 кубически метра. Ясно е, че такъв цилиндър трябва да плува празен върху вода: той измества 250 тона вода, докато самият тежи само 50; неговата товароносимост е равна на разликата между 250 и 50, тоест 200 тона. За да накара понтона да потъне на дъното, той се пълни с вода.
Когато (виж фиг. 52) краищата на стоманените ремъци бяха здраво закрепени към потъналите понтони, сгъстен въздух се инжектира в цилиндрите с помощта на маркучи. На дълбочина 25 m водата притиска със сила 25/10 + 1, тоест 3,5 атмосфери. Въздухът се подава към цилиндрите под налягане от около 4 атмосфери и следователно трябваше да измести водата от понтоните. Леките цилиндри с голяма сила бяха изтласкани от заобикалящата вода към повърхността на морето. Те се носеха във водата като балон във въздуха. Съвместната им подемна сила с пълното изместване на водата от тях би била 200 х 12, тоест 2400 тона. Това надвишава теглото на потъналия Садко, така че за по-плавно издигане, понтоните бяха само частично освободени от вода.

Фигура 52. Схема на повдигане "Садко"; показва разрез на ледоразбивача, понтони и сапани.
Въпреки това покачването беше извършено само след няколко неуспешни опита. „Спасителната група претърпя четири инцидента, докато не успя“, пише главният корабен инженер на EPRON Т. И. Бобрицки, който ръководи работата. „Три пъти, в напрегнато очакване на кораба, видяхме вместо издигащия се ледоразбивач спонтанно да избяга нагоре, в хаоса от вълни и пяна, понтони и разкъсани, гърчещи се змии маркучи. Два пъти ледоразбивачът се появяваше и отново изчезваше в морската бездна, преди да изплува и накрая да остане на повърхността.

"Вечен" воден двигател

Сред многото проекти на "вечния двигател" имаше много, които се основават на плуване на тела във водата. Висока кула с височина 20 метра е пълна с вода. В горната и долната част на кулата са монтирани шайби, през които се хвърля здраво въже под формата на безкраен колан. Към въжето са прикрепени 14 кухи кубични кутии с височина метър, занитани от железни листове, за да не може водата да проникне вътре в кутиите. Нашата снимка. 53 и 54 изобразяват външния вид на такава кула и нейното надлъжно сечение.
Как работи тази настройка? Всеки, запознат със закона на Архимед, ще разбере, че кутиите, намиращи се във водата, ще имат тенденция да изплуват нагоре. Те се пренасят нагоре със сила, равна на теглото на водата, изместена от кутиите, тоест на теглото на един кубичен метър вода, повтаряна толкова пъти, колкото кутиите са потопени във вода. От чертежите се вижда, че във водата винаги има шест кутии. Това означава, че силата, която изнася натоварените кутии нагоре, е равна на теглото на 6 m3 вода, тоест 6 тона. Те се изтеглят надолу от собственото тегло на кутиите, което обаче се балансира от товар от шест кутии, висящи свободно от външната страна на въжето.
Така че въжето, хвърлено по този начин, винаги ще бъде подложено на изтегляне от 6 тона, приложено от едната му страна и насочено нагоре. Ясно е, че тази сила ще накара въжето да се върти без спиране, плъзгайки се по шайбите и с всеки оборот да извършва работа от 6000 * 20 = 120 000 kgm.
Сега е ясно, че ако осеяме страната с такива кули, тогава ще можем да получим от тях неограничен обем работа, достатъчна да покрие всички нужди на националната икономика. Кулите ще въртят котвите на динамото и ще осигуряват електрическа енергия във всякакви количества.
Въпреки това, ако се вгледате внимателно в този проект, лесно ще видите, че очакваното движение на въжето изобщо не трябва да се случва.
За да се върти безкрайното въже, кутиите трябва да влязат във водния басейн на кулата отдолу и да го напуснат отгоре. Но в края на краищата, влизайки в басейна, кутията трябва да преодолее налягането на воден стълб с височина 20 m! Това налягане на квадратен метър от площта на кутията е равно на нито повече, нито по-малко от двадесет тона (теглото на 20 m3 вода). Тягата нагоре е само 6 тона, тоест явно е недостатъчна за влачене на кутията в басейна.
Сред многобройните примери за водни "вечни" двигатели, стотици от които са изобретени от неуспешни изобретатели, могат да се намерят много прости и гениални опции.

Фигура 53. Проектът на въображаем "вечен" воден двигател.

Фигура 54. Устройството на кулата от предишната фигура.
Разгледайте фиг. 55. Част от дървен барабан, монтиран на ос, през цялото време се потапя във вода. Ако законът на Архимед е верен, тогава частта, потопена във вода, трябва да изплува и веднага щом силата на плаваемост е по-голяма от силата на триене по оста на барабана, въртенето никога няма да спре ...

Фигура 55. Друг проект на "вечен" воден двигател.
Не бързайте да изграждате този "вечен" двигател! Със сигурност ще се провалите: барабанът няма да помръдне. Какво има, каква е грешката в нашите разсъждения? Оказва се, че не сме взели предвид посоката на действащите сили. И те винаги ще бъдат насочени по протежение на перпендикуляра на повърхността на барабана, тоест по радиуса към оста. Всеки знае от ежедневния опит, че е невъзможно да се завърти колело чрез прилагане на сила по радиуса на колелото. За да се предизвика въртене, е необходимо да се приложи сила, перпендикулярна на радиуса, т.е. допирателна към обиколката на колелото. Сега не е трудно да се разбере защо опитът за прилагане на "вечно" движение също ще завърши с неуспех в този случай.
Законът на Архимед осигурява съблазнителна храна за умовете на търсачите на "вечния" двигател и ги насърчава да измислят гениални устройства за използване на видима загуба на тегло, за да получат вечен източник на механична енергия.

Кой измисли думите "газ" и "атмосфера"?

Думата "газ" принадлежи към броя на думите, измислени от учените, заедно с думите като "термометър", "електричество", "галванометър", "телефон" и преди всичко "атмосфера". От всички измислени думи "газ" е най-кратката. Древният холандски химик и лекар Хелмонт, живял от 1577 до 1644 г. (съвременник на Галилей), произвежда "газ" от гръцката дума за "хаос". След като откри, че въздухът се състои от две части, едната от които поддържа горенето и изгаря, докато останалите нямат тези свойства, Хелмонт пише:
„Нарекох такъв парен газ, защото почти не се различава от хаоса на древните“(първоначалното значение на думата "хаос" е лъчисто пространство).
Новата дума обаче не се използва дълго време след това и е възродена едва от известния Лавоазие през 1789 г. Тя става широко разпространена, когато всички започват да говорят за полетите на братята Монголфие в първите балони.
Ломоносов в своите писания използва друго име за газообразни тела - "еластични течности" (което остана в употреба дори когато бях в училище). Между другото отбелязваме, че на Ломоносов се приписва въвеждането на редица имена в руската реч, които сега са станали стандартни думи на научния език:
атмосфера
манометър
барометър
микрометър
въздушна помпа
оптика, оптични
вискозитет
ъъъ (д) електрически
кристализация
e(e)fir
материя
и т.н.
Гениалният прародител на руската естествена наука пише за това: „Бях принуден да търся думи, за да назова някои физически инструменти, действия и природни неща, които (т.е. думи), макар и в началото да изглеждат малко странни, но се надявам, че ще станат повече запознат с времето чрез използване на воля."
Както знаем, надеждите на Ломоносов се оправдаха напълно.
Напротив, думите, предложени впоследствие от V. I. Dahl (известният съставител на тълковния речник), за да замени „атмосферата“ - тромавата „мироколица“ или „колизеум“ – изобщо не се вкорениха, точно както неговия „ небесна земя” не пусна корен вместо хоризонт и други нови думи .

Като проста задача

Самовар с 30 чаши е пълен с вода. Поставяте чаша под крана му и с часовник в ръка следите секундната стрелка, за да видите в колко часа чашата е напълнена до ръба. Да го кажем след половин минута. Сега нека зададем въпроса: в колко часа ще се изпразни целият самовар, ако кранът остане отворен?
Изглежда, че това е детски прост аритметичен проблем: една чаша изтича за 0,5 минути, което означава, че 30 чаши ще се излеят за 15 минути.
Но направете опита. Оказва се, че самоварът е празен не на четвърт час, както очаквахте, а на половин час.
Какъв е проблема? В крайна сметка изчислението е толкова просто!
Просто, но погрешно. Не може да се смята, че скоростта на изтичане остава същата от началото до края. Когато първата чаша изтече от самовара, струята вече тече под по-малко налягане, тъй като нивото на водата в самовара е спаднало; ясно е, че втората чаша ще се пълни за по-дълго от половин минута; третото ще тече още по-мързеливо и т.н.
Скоростта на потока на всяка течност от дупка в отворен съд е пряко зависима от височината на колоната на течността над отвора. Блестящият Торичели, ученик на Галилей, пръв посочи тази зависимост и я изрази с проста формула:

Където v е скоростта на изтичане, g е ускорението на гравитацията, а h е височината на нивото на течността над отвора. От тази формула следва, че скоростта на изтичащата струя е напълно независима от плътността на течността: лек алкохол и тежък живак на едно и също ниво изтичат еднакво бързо от отвора (фиг. 56). От формулата се вижда, че на Луната, където гравитацията е 6 пъти по-малка от тази на Земята, би трябвало около 2,5 пъти повече време, за да се напълни чаша, отколкото на Земята.
Но да се върнем на нашата задача. Ако след изтичане на 20 чаши от самовара нивото на водата в него (като се брои от отвора на крана) е спаднало четири пъти, тогава 21-вата чаша ще се пълни два пъти по-бавно от първата. И ако в бъдеще нивото на водата падне 9 пъти, тогава ще отнеме три пъти повече време, за да напълните последните чаши, отколкото да напълните първата. Всеки знае колко бавно тече вода от крана на самовара, който вече е почти празен. Чрез решаването на тази задача с помощта на методите на висшата математика може да се докаже, че времето, необходимо за пълно изпразване на съда, е два пъти по-дълго от времето, през което същият обем течност би се изливал при постоянно начално ниво.

Фигура 56. Кое е по-вероятно да се излее: живак или алкохол? Нивото на течността в съдовете е същото.

Проблем с басейна

От казаното една крачка към прословутите проблеми за пула, без които не може нито една аритметична и алгебрична задача. Всеки си спомня класически скучни, учебни задачи като следните:
„В басейна има две тръби. След един първи празен басейн може да се напълни в 5 часа; за една секунда пълният басейн може да се изпразни в 10 часа. В колко часа ще се напълни празният басейн, ако и двете тръби се отворят едновременно?
Проблеми от този вид имат почтено предписание - почти 20 века, връщайки се към Херон от Александрия. Ето една от задачите на Херон - не толкова сложна обаче, колкото нейните потомци:

Дават се четири фонтана. Даден е обширен резервоар.
За един ден първият фонтан го изпълва до ръба.
Два дни и две нощи вторият трябва да работи на същото.
Третият е три пъти първия, по-слаб.
След четири дни последният го издържа.
Кажете ми колко скоро ще се напълни
Ако по едно време всички се отворят?

За две хиляди години проблемите с плувните басейни са решени и такава е силата на рутината! – две хиляди години са решени неправилно. Защо е грешно - сами ще разберете след току-що казаното за изтичането на вода. Как ги научават да решават проблеми с басейна? Първият проблем например се решава по следния начин. На 1 час първата тръба излива 0,2 басейна, втората излива 0,1 басейна; това означава, че под действието на двете тръби на всеки час в басейна влиза 0,2 - 0,1 = 0,1, от което времето за пълнене на басейна е 10 часа. Това разсъждение е неправилно: ако може да се приеме, че притокът на вода се случва под постоянно налягане и следователно е равномерен, тогава изтичането му става на променливо ниво и следователно неравномерно. От факта, че басейнът се изпразва от втората тръба в 10 часа, изобщо не следва, че 0,1 част от басейна изтича на всеки час; училищното решение, както виждаме, е погрешно. Невъзможно е правилно да се реши задачата с помощта на елементарна математика и следователно задачите за басейн (с течаща вода) изобщо нямат място в книгите по аритметични задачи.

Фигура 57. Проблемът с басейна.

Удивителен кораб

Възможно ли е да се подреди такъв съд, от който водата да изтича през цялото време в равномерен поток, без да забавя потока си, въпреки факта, че нивото на течността се понижава? След това, което научихте от предишните статии, вероятно сте готови да смятате такъв проблем за нерешим.
Междувременно е напълно осъществимо. Банката, показана на фиг. 58, е точно такъв невероятен кораб. Това е обикновен буркан с тясно гърло, през тапата на който се прокарва стъклена тръба. Ако отворите кран C под края на тръбата, течността ще изтича от него в непрекъснат поток, докато нивото на водата в съда спадне до долния край на тръбата. Като натиснете тръбата почти до нивото на крана, можете да накарате цялата течност над нивото на отвора да изтече в равномерна, макар и много слаба струя.

Фигура 58. Устройството на съда Mariotte. От дупка C водата тече равномерно.
Защо се случва това? Проследете мислено какво се случва в съда при отваряне на кран C (фиг. 58). На първо място, водата се излива от стъклена тръба; нивото на течността вътре в него пада до края на тръбата. При по-нататъшно изтичане нивото на водата в съда вече пада и външният въздух навлиза през стъклената тръба; той бълбука през водата и се събира над нея в горната част на съда. Сега на всяко ниво В налягането е равно на атмосферното. Това означава, че водата от кран C изтича само под налягането на водния слой BC, тъй като налягането на атмосферата вътре и извън съда е балансирано. И тъй като дебелината на слоя BC остава постоянна, не е изненадващо, че струята тече с една и съща скорост през цялото време.
Опитайте сега да отговорите на въпроса: колко бързо ще изтече водата, ако премахнете тапата B на нивото на края на тръбата?
Оказва се, че изобщо няма да изтече (разбира се, ако дупката е толкова малка, че ширината й може да се пренебрегне; в противен случай водата ще изтече под налягането на тънък слой вода, дебел колкото ширината на дупката). Всъщност тук отвътре и отвън налягането е равно на атмосферното и нищо не предизвиква изтичане на вода.
И ако извадите тапа А над долния край на тръбата, тогава не само водата няма да изтича от съда, но и външният въздух ще влезе в него. Защо? По много проста причина: вътре в тази част на съда налягането на въздуха е по-малко от атмосферното налягане навън.
Този съд с такива изключителни свойства е изобретен от известния физик Мариот и е кръстен на учения „съдът на Мариот“.

Зареждане от въздуха

В средата на 17-ти век жителите на град Рогенсбург и суверенните принцове на Германия, начело с събралия се там император, стават свидетели на невероятен спектакъл: 16 коня се опитват да разделят две медни полукълба, прикрепени към всяко други. Какво ги свързваше? "Нищо" - въздух. И все пак осем коня, теглещи в едната посока и осем в другата, не успяха да ги разделят. Така кметът Ото фон Герике показа със собствените си очи на всички, че въздухът изобщо не е „нищо“, че има тежест и притиска със значителна сила всички земни обекти.
Този експеримент е извършен на 8 май 1654 г. в много тържествена атмосфера. Ученият бургомайстор успява да заинтересува всички с научните си изследвания, въпреки факта, че въпросът се е разиграл в разгара на политически сътресения и опустошителни войни.
Описание на известния експеримент с "магдебургските полукълба" има в учебниците по физика. Въпреки това съм сигурен, че читателят ще изслуша с интерес тази история от устните на самия Герике, онзи „германски Галилей“, както понякога наричат ​​забележителния физик. Обемна книга, описваща дълга поредица от неговите експерименти, се появява на латински в Амстердам през 1672 г. и, както всички книги от тази епоха, носи дълго заглавие. Ето го:
ОТО фон ГЕРИКЕ

Така наречените нови магдебургски опити

над БЕЗВЪЗДУШНО ПРОСТРАНСТВО,

първоначално описан от професор по математика
в университета във Вюрцбург от Каспар Шот.
Собствено издание на автора
по-подробни и допълнени от различни
нови преживявания.
Глава XXIII от тази книга е посветена на експеримента, който ни интересува. Ето го буквален превод.
„Експеримент, доказващ, че въздушното налягане свързва двете полукълба толкова здраво, че не могат да бъдат разделени с усилията на 16 коня.
Поръчах две медни полукълба с диаметър три четвърти от магдебургския лакът. Но в действителност диаметърът им беше само 67/100, тъй като занаятчиите, както обикновено, не можеха да направят точно това, което се изисква. Двете полукълба напълно реагираха едно на друго. Към едното полукълбо беше прикрепен кран; С този клапан можете да отстраните въздуха отвътре и да предотвратите навлизането на въздух отвън. Освен това към полусферите бяха прикрепени 4 пръстена, през които бяха пронизани въжета, вързани за сбруята на конете. Поръчах да се ушие и кожен пръстен; беше наситен със смес от восък в терпентин; притиснат между полукълба, не пропускаше въздух през тях. В крана беше поставена тръба за въздушна помпа и въздухът вътре в топката беше отстранен. Тогава беше открито с каква сила и двете полукълба бяха притиснати едно към друго чрез кожен пръстен. Налягането на външния въздух ги притискаше толкова силно, че 16 коня (с ритъм) изобщо не можаха да ги разделят или постигнаха това трудно. Когато полукълбите, поддаващи се на напрежението на цялата сила на конете, се разделиха, се чу рев, като от изстрел.
Но беше достатъчно да отворите свободен достъп до въздух чрез завъртане на крана - и беше лесно да разделите полукълба с ръцете си.
Едно просто изчисление може да ни обясни защо е необходима толкова значителна сила (8 коня от всяка страна), за да се разделят частите на празна топка. Въздушни преси със сила около 1 кг на кв.см; Площта на кръг с диаметър 0,67 лакътя (37 см) е 1060 см2. Това означава, че налягането на атмосферата върху всяко полукълбо трябва да надвишава 1000 kg (1 тон). Следователно всеки осем коня трябваше да тегли със сила от един тон, за да противодейства на налягането на външния въздух.
Изглежда, че за осем коня (от всяка страна) това не е много голям товар. Не забравяйте обаче, че при движение, например, товар от 1 тон, конете преодоляват сила не от 1 тон, а много по-малка, а именно триенето на колелата по оста и върху настилката. И тази сила е - на магистрала например - само пет процента, тоест при еднотонно натоварване - 50 кг. (Да не говорим за факта, че при комбиниране на усилията на осем коня, както показва практиката, се губи 50% от сцеплението.) Следователно сцеплението от 1 тон отговаря на товар на каруца от 20 тона с осем коня. Такъв е въздушният товар, който е трябвало да носят конете на магдебургския бургомайстор! Сякаш трябваше да преместят малък парен локомотив, който освен това не беше поставен на релси.
Измерва се, че силен теглещ кон тегли каруца със сила само 80 кг. Следователно, за да се разбият магдебургските полукълба, с еднакво сцепление, ще са необходими 1000/80 = 13 коня от всяка страна.
Читателят вероятно ще бъде удивен да научи, че някои от артикулациите на нашия скелет не се разпадат по същата причина като магдебургските полукълба. Нашата тазобедрена става е точно такива магдебургски полукълба. Възможно е тази става да се оголи от мускулни и хрущялни връзки, но бедрото не изпада: атмосферното налягане го притиска, тъй като в междуставното пространство няма въздух.

Нови фонтани на чапла

Обичайната форма на фонтана, приписвана на древния механик Херон, вероятно е известна на моите читатели.Нека ви припомня устройството му, преди да премина към описанието на последните модификации на това любопитно устройство. Фонтанът на чапла (фиг. 60) се състои от три съда: горния отворен а и два сферични b и c, херметически затворени. Съдовете са свързани с три тръби, чието местоположение е показано на фигурата. Когато в a има малко вода, топка b е пълна с вода и топка c е пълна с въздух, фонтанът започва да работи: водата тече през тръбата от a до c. изместване на въздух от там в топка b; под налягането на входящия въздух водата от b се втурва нагоре по тръбата и бие като фонтан над съд а. Когато топката b е празна, фонтанът спира да бие.

Фигура 59. Костите на тазобедрените ни стави не се разпадат поради атмосферно налягане, точно както магдебургските полукълба се задържат.

Фигура 60. Фонтан на древна чапла.

Фигура 61. Модерна модификация на фонтана на чапла. По-горе - вариант на устройството на плочата.
Това е древната форма на фонтана на чапла. Още в наше време един училищен учител в Италия, подтикнат към изобретателност от оскъдното оборудване на своето физическо обучение, опрости подредбата на фонтана на чапла и измисли такива модификации, които всеки може да подреди с помощта на най-простите средства (фиг. 61). Вместо топки, той използваше аптечни бутилки; вместо стъклени или метални тръбички взех гумени. Горният съд не е необходимо да се перфорира: можете просто да поставите краищата на тръбите в него, както е показано на фиг. 61 по-горе.
В тази модификация устройството е много по-удобно за използване: когато цялата вода от буркан b прелее през съд a в буркан c, можете просто да пренаредите буркани b и c и фонтанът отново работи; не трябва да забравяме, разбира се, и да трансплантираме върха в друга тръба.
Друго удобство на модифицирания фонтан е, че дава възможност за произволна промяна на местоположението на съдовете и изследване как разстоянието на нивата на съдовете влияе върху височината на струята.
Ако искате да увеличите многократно височината на струята, можете да постигнете това, като замените водата с живак в долните колби на описаното устройство, а въздуха с вода (фиг. 62). Работата на устройството е ясна: живакът, изливайки се от буркан c в буркан b, измества водата от него, карайки го да изпръска като фонтан. Знаейки, че живакът е 13,5 пъти по-тежък от водата, можем да изчислим колко високо трябва да се издига струята на фонтана. Нека означим разликата в нивата съответно като h1, h2, h3. Сега нека разгледаме силите, при които живакът тече от съд c (фиг. 62) в b. Живакът в свързващата тръба е подложен на натиск от двете страни. Вдясно се влияе от налягането на разликата h2 живачни колони (което е еквивалентно на налягането от 13,5 пъти по-високия воден стълб, 13,5 h2) плюс налягането на водния стълб h1. Водният стълб h3 натиска вляво. В резултат на това живакът се отвежда със сила
13,5h2 + h1 - h3.
Но h3 – h1 = h2; следователно заменяме h1 - h3 с минус h2 и получаваме:
13.5h2 - h2 т.е. 12.5h2.
Така живакът влиза в съд b под налягането на теглото на воден стълб с височина 12,5 h2. Следователно теоретично фонтанът трябва да бие до височина, равна на разликата в нивата на живак в колбите, умножена по 12,5. Триенето понижава донякъде тази теоретична височина.
Независимо от това, описаното устройство предоставя удобна възможност за получаване на висока струя. За да принудите, например, фонтан да бие на височина от 10 м, достатъчно е да повдигнете една кутия над другата с около един метър. Любопитно е, че, както се вижда от нашето изчисление, издигането на плочата а над колбите с живак ни най-малко не влияе на височината на струята.

Фигура 62. Живачен фонтан под налягане. Струята бие десет пъти по-високо от разликата в нивата на живак.

Измамни съдове

В стари времена – през 17 и 18 век – благородниците се забавлявали със следната поучителна играчка: изработвали халба (или кана), в горната част на която имали големи шарени изрези (фиг. 63). Такава халба, полята с вино, се предлагаше на невеж гост, над когото можеше да се смее безнаказано. Как да пием от него? Не можете да го наклоните: виното ще се излее от много дупки и нито капка няма да стигне до устата ви. Ще стане като в приказка:

Фигура 63. Измамна кана от края на 18 век и тайната на нейната конструкция.
Скъпа, пия бира,
Да, той просто си намокри мустаците.
Но кой знае тайната на подреждането на такива чаши, тайната, показана на фиг. 63 вдясно, - той запуши дупка B с пръста си, взе чучура в устата си и изтегли течността в себе си, без да накланя съда: виното се издига през отвора E по канала вътре в дръжката, след това по продължението му C вътре в горния ръб на чашата и стигна до чучура.
Не толкова отдавна подобни чаши правеха и нашите грънчари. Случвало ми се е в една къща да видя пример за тяхната работа, доста умело прикриваща тайната на конструкцията на плавателния съд; на чашата имаше надпис: „Пийте, но не преливайте“.

Колко тежи водата в обърната чаша?

„Разбира се, не тежи нищо: водата не се задържа в такава чаша, тя се излива“, казвате вие.
- А ако не се излее? Ще попитам. - Какво тогава?
Всъщност е възможно да държите водата в обърната чаша, за да не се разлее. Този случай е показан на фиг. 64. Преобърнат стъклен бокал, завързан на дъното за един съд с люспи, се пълни с вода, която не се излива, тъй като ръбовете на бокала са потопени в съд с вода. Абсолютно същата празна чаша се поставя върху другата тава на кантара.
Кой тиган от кантара ще претегли?

Фигура 64. Коя купа ще спечели?
Тази, за която е вързана обърнатата чаша с вода, ще се дърпа. Това стъкло изпитва пълно атмосферно налягане отгоре и атмосферно налягане отдолу, отслабено от теглото на водата, съдържаща се в стъклото. За да се балансират чашите, ще е необходимо да се напълни с вода чаша, поставена върху друга чаша.
Следователно при тези условия водата в обърната чаша тежи същото като в чаша, поставена на дъното.

Защо корабите са привлечени?

През есента на 1912 г. океанският параход Olympic, тогава един от най-великите кораби в света, има следния инцидент. „Олимпик“ плаваше в открито море и почти успоредно с него, на разстояние стотици метри, с голяма скорост мина друг кораб, много по-малък броненосен крайцер „Гаук“. Когато и двата кораба заеха позицията, показана на фиг. 65 се случи нещо неочаквано: по-малкият кораб бързо зави от релсите, сякаш се подчиняваше на някаква невидима сила, обърна носа си към големия параход и, без да се подчинява на кормилото, се придвижи почти директно към него. Имаше сблъсък. Гаукът блъсна носа си в страната на олмпика; ударът беше толкова силен, че "гаукът" направи голяма дупка отстрани на "олимпика".

Фигура 65. Позицията на параходите "Олимпик" и "Гаук" преди сблъсъка.
Когато този странен случай беше разгледан в морския съд, капитанът на гиганта "Олимпик" беше признат за виновен, тъй като - гласеше решението на съда - не е давал никакви заповеди да отстъпи път на преминаващия "Гаук".
Следователно съдът не видя тук нищо извънредно: обикновената небрежност на капитана, нищо повече. Междувременно се случи едно напълно непредвидено обстоятелство: случай на взаимно привличане на кораби в морето.
Такива случаи са се случвали повече от веднъж, вероятно и преди, с паралелното движение на два кораба. Но докато не бяха построени много големи кораби, това явление не се прояви с такава сила. Когато водите на океаните започнаха да разорават „плаващите градове“, феноменът на привличането на кораби стана много по-забележим; командирите на военни кораби се съобразяват с него при маневриране.
Вероятно по същата причина са се случили множество аварии на малки кораби, плаващи в близост до големи пътнически и военни кораби.
Какво обяснява това привличане? Разбира се, не може да става дума за привличане според закона на Нютон за всемирното притегляне; вече видяхме (в глава IV), че това привличане е твърде незначително. Причината за явлението е от съвсем друг вид и се обяснява със законите на протичането на течности в тръби и канали. Може да се докаже, че ако течността тече през канал със стеснения и разширения, то в тесни части на канала тя тече по-бързо и оказва по-малко натиск върху стените на канала, отколкото на широки места, където тече по-спокойно и оказва по-голям натиск върху стените (т.нар. "принцип на Бернули"). ").
Същото важи и за газовете. Това явление в учението за газовете се нарича ефект на Клеман-Дезорм (на името на открилите го физици) и често се нарича "аеростатичен парадокс". За първи път това явление, както се казва, е открито случайно при следните обстоятелства. В една от френските мини на работник е наредено да затвори отвора на външната шахта с щит, през който се подава сгъстен въздух към мината. Работникът дълго време се бореше с въздушна струя, но изведнъж щитът сам затръшна с такава сила, че ако щитът не беше достатъчно голям, той щеше да бъде изтеглен във вентилационния люк заедно с уплашения работник.
Между другото, тази особеност на потока от газове обяснява действието на пулверизатора. Когато духаме (фиг. 67) в коляно а, завършващо със стеснение, въздухът, преминавайки в стеснението, намалява неговото налягане. По този начин въздухът с намалено налягане се появява над тръбата b и следователно налягането на атмосферата задвижва течността от стъклото нагоре по тръбата; при отвора течността навлиза в струята на издухания въздух и се разпръсква в нея.
Сега ще разберем каква е причината за привличането на кораби. Когато два парахода плават успоредно един на друг, между страните им се получава един вид воден канал. В обикновен канал стените са неподвижни, а водата се движи; тук е обратното: водата е неподвижна, но стените се движат. Но действието на силите изобщо не се променя: в тесните места на движещата се капка водата притиска стените по-малко, отколкото в пространството около параходите. С други думи, страните на параходите, обърнати един към друг, изпитват по-малко налягане от страна на водата, отколкото външните части на корабите. Какво трябва да се случи в резултат на това? Корабите трябва да се движат един към друг под натиска на външната вода и е естествено по-малкият кораб да се движи по-забележимо, докато по-масивният остава почти неподвижен. Ето защо привличането е особено силно, когато голям кораб бързо минава покрай малък.

Фигура 66. В тесните части на канала водата тече по-бързо и притиска стените по-малко, отколкото в широките.

Фигура 67. Пистолет за пръскане.

Фигура 68. Водният поток между два ветроходни кораба.
Така че привличането на корабите се дължи на смукателното действие на течаща вода. Това обяснява и опасността от бързеи за къпещите се, засмукващия ефект на джакузи. Може да се изчисли, че водният поток в река с умерена скорост от 1 m в секунда привлича човешкото тяло със сила от 30 kg! Не е лесно да устоим на такава сила, особено във водата, когато собственото ни телесно тегло не ни помага да поддържаме стабилност. И накрая, прибиращото се действие на бързо движещ се влак се обяснява със същия принцип на Бернули: влак със скорост от 50 км в час влачи близък човек със сила от около 8 кг.
Явленията, свързани с "принципа на Бернули", макар и доста често срещани, са малко известни сред неспециалистите. Следователно ще бъде полезно да се спрем на него по-подробно. Следва откъс от статия по тази тема, публикувана в научно-популярно списание.

Принципът на Бернули и неговите последици

Принципът, за първи път заявен от Даниел Бернули през 1726 г., гласи: в струя вода или въздух налягането е високо, ако скоростта е ниска, и налягането е ниско, ако скоростта е висока. Съществуват известни ограничения на този принцип, но тук няма да се спираме на тях.
Ориз. 69 илюстрира този принцип.
Въздухът се издухва през тръбата AB. Ако напречното сечение на тръбата е малко, както е в а, скоростта на въздуха е висока; където напречното сечение е голямо, както в b, скоростта на въздуха е ниска. Където скоростта е висока, налягането е ниско, а където скоростта е ниска, налягането е високо. Поради ниското налягане на въздуха в а, течността в тръба С се повишава; в същото време силното налягане на въздуха в b кара течността в тръба D да потъва.

Фигура 69. Илюстрация на принципа на Бернули. В стеснената част (a) на тръбата AB налягането е по-малко, отколкото в широката част (b).
На фиг. 70 тръба Т е монтирана на меден диск DD; въздухът се издухва през тръбата T и по-нататък покрай свободния диск dd. Въздухът между двата диска има висока скорост, но тази скорост намалява бързо, когато се приближава до ръбовете на дисковете, тъй като напречното сечение на въздушния поток бързо нараства и инерцията на въздуха, изтичащ от пространството между дисковете, е преодоля. Но налягането на въздуха около диска е голямо, тъй като скоростта е ниска, а налягането на въздуха между дисковете е малко, тъй като скоростта е висока. Следователно въздухът, заобикалящ диска, има по-голямо влияние върху дисковете, като се стреми да ги приближи по-близо от въздушния поток между дисковете, като се стреми да ги разтласква; в резултат на това дискът dd се придържа към диска DD толкова по-силен, колкото по-силен е въздушният поток в T.
Ориз. 71 представлява аналогията на фиг. 70, но само с вода. Бързо движещата се вода на DD диска е на ниско ниво и се издига до по-високо ниво на неподвижна вода в басейна, докато обикаля около ръбовете на диска. Следователно неподвижната вода под диска има по-високо налягане от движещата се вода над диска, което води до издигане на диска. Пръчка P не позволява странично изместване на диска.

Фигура 70. Опит с дискове.

Фигура 71. Дискът DD се издига върху прът P, когато върху него се излее струя вода от резервоара.
Ориз. 72 изобразява лека топка, плаваща във въздушна струя. Въздушната струя удря топката и я предпазва от падане. Когато топката изскочи от струята, околният въздух я изтласква обратно в струята, защото налягането на околния въздух с ниска скорост е високо и налягането на високоскоростния въздух в струята е ниско.
Ориз. 73 представлява два кораба, движещи се един до друг в спокойна вода, или, което се равнява на едно и също нещо, два кораба, стоящи един до друг и обикалящи водата. Потокът е по-ограничен в пространството между съдовете и скоростта на водата в това пространство е по-голяма, отколкото от двете страни на съдовете. Следователно налягането на водата между корабите е по-малко, отколкото от двете страни на корабите; по-високото налягане на водата около корабите ги сближава. Моряците много добре знаят, че два кораба, плаващи един до друг, са силно привлечени един от друг.

Фигура 72. Топка, поддържана от въздушна струя.

Фигура 73. Два кораба, движещи се успоредно, изглежда се привличат един друг.

Фигура 74. Когато корабите се движат напред, кораб Б обръща носа си към кораб А.

Фигура 75. Ако въздух се вдухва между две леки топки, те се приближават една към друга, докато се докоснат.
По-сериозен случай може да възникне, когато един кораб следва друг, както е показано на фиг. 74. Двете сили F и F, които сближават корабите, се стремят да ги обърнат и корабът B се обръща към L със значителна сила. Сблъсъкът в този случай е почти неизбежен, тъй като кормилото няма време да промени посоката на кораба.
Явлението, описано във връзка с фиг. 73 може да се демонстрира чрез издухване на въздух между две леки гумени топки, окачени, както е показано на фиг. 75. Ако между тях духа въздух, те се приближават и се удрят.

Предназначение на рибения мехур

За това каква роля играе плувният мехур на рибите, те обикновено казват и пишат - изглежда доста правдоподобно - следното. За да излезе от дълбините към повърхностните слоеве на водата, рибата надува плувния си мехур; тогава обемът на тялото му се увеличава, теглото на изместената вода става по-голямо от собственото й тегло - и според закона на плуването рибата се издига. За да спре покачването или слизането, тя, напротив, компресира плувния си мехур. Обемът на тялото, а с него и теглото на изместената вода намаляват и рибата потъва на дъното според закона на Архимед.
Такава опростена идея за предназначението на плувния мехур на рибите датира от времето на учените от Флорентинската академия (XVII век) и е изразена от професор Борели през 1685 г. Повече от 200 години тя се приема без възражения , успя да се вкорени в училищните учебници и само от трудовете на нови изследователи (Моро, Шарбонел) беше открито пълното противоречие на тази теория,
Мехурът несъмнено има много тясна връзка с плуването на рибите, тъй като рибата, при която мехурът е бил изкуствено отстранен по време на експериментите, може да остане във водата само като работят усилено с перките си, а когато тази работа е спряна, те падна на дъното. Каква е истинската му роля? Много ограничен: помага само на рибата да остане на определена дълбочина - точно на тази, при която теглото на водата, изместена от рибата, е равно на теглото на самата риба. Когато рибата, чрез работата на перките си, падне под това ниво, тялото й, изпитвайки голям външен натиск от водата, се свива, притискайки мехурчето; теглото на изместения обем вода намалява, става по-малко от теглото на рибата и рибата пада неконтролируемо надолу. Колкото по-ниско пада, толкова по-силно става налягането на водата (с 1 атмосфера при спускане на всеки 10 m), толкова повече тялото на рибата се притиска и толкова по-бързо продължава да пада.
Същото нещо, само в обратната посока, се случва, когато рибата, напуснала слоя, където е била в равновесие, се премества от работата на перките си към по-високи слоеве. Тялото й, освободено от част от външното налягане и все още спукано отвътре с плувен мехур (в който налягането на газа до този момент е било в равновесие с налягането на околната вода), се увеличава по обем и в резултат , плува по-високо. Колкото по-високо се издига рибата, толкова повече тялото й набъбва и следователно, толкова по-бързо се издига. Рибата не е в състояние да предотврати това чрез „стискане на пикочния мехур“, тъй като стените на плувния мехур са лишени от мускулни влакна, които могат активно да променят обема му.
Че такова пасивно разширяване на обема на тялото действително се извършва при рибите, се потвърждава от следния опит (фиг. 76). Уклейката в хлороформирано състояние се поставя в затворен съд с вода, в който се поддържа повишено налягане, близко до това, което преобладава на определена дълбочина в естествен водоем. на повърхността на водата рибата лежи неактивна, с корема нагоре. Потопен малко по-дълбоко, той отново се издига на повърхността. Поставен по-близо до дъното, той потъва до дъното. Но в интервала между двете нива има слой вода, в който рибата остава в равновесие – не потъва и не плува. Всичко това става ясно, ако си припомним казаното току-що за пасивното разширяване и свиване на плувния мехур.
Така че, противно на общоприетото схващане, рибата не може доброволно да надува и свива плувния си мехур. Промените в обема му настъпват пасивно, под влияние на повишено или отслабено външно налягане (според закона на Бойл-Мариот). Тези промени в обема не само не са полезни за рибата, но, напротив, са вредни за нея, тъй като причиняват или неудържимо, все по-ускоряващо падане към дъното, или също толкова неудържимо и ускоряващо издигане на повърхността. С други думи, балонът помага на рибата да поддържа баланса си в неподвижно положение, но това равновесие е нестабилно.
Това е истинската роля на плувния мехур на рибите, що се отнася до връзката му с плуването; дали изпълнява и други функции в тялото на рибата и какво точно не е известно, така че този орган все още е мистериозен. И само неговата хидростатична роля сега може да се счита за напълно изяснена.
Наблюденията на рибарите потвърждават казаното.

Фигура 76. Опит с блека.
При улов на риба от голяма дълбочина се случва други риби да бъдат пуснати наполовина; но, противно на очакванията, тя не се спуска отново в дълбочината, от която е извлечена, а, напротив, бързо се издига на повърхността. При такива и такива риби понякога се забелязва, че пикочният мехур стърчи през устата.

Вълни и вихри

Много от ежедневните физически явления не могат да бъдат обяснени въз основа на елементарните закони на физиката. Дори такова често наблюдавано явление като морските вълни във ветровит ден не може да бъде напълно обяснено в рамките на училищния курс по физика. И какво причинява вълните, които се разпръскват в спокойна вода от носа на движещ се параход? Защо знамената се развяват при ветровито време? Защо пясъкът на морския бряг е вълнообразен? Защо излиза дим от фабричен комин?

Фигура 77. Спокоен ("ламинарен") поток на флуид в тръба.

Фигура 78. Вихров ("турбулентен") поток на флуид в тръба.
За да се обяснят тези и други подобни явления, трябва да се познават особеностите на така нареченото вихрово движение на течности и газове. Тук ще се опитаме да разкажем малко за вихровите явления и да отбележим техните основни характеристики, тъй като вихрите почти не се споменават в училищните учебници.
Представете си течност, която тече в тръба. Ако всички частици на течността се движат по тръбата по успоредни линии, тогава имаме най-простата форма на движение на течността - спокоен или, както казват физиците, "ламинарен" поток. Това обаче в никакъв случай не е най-честият случай. Напротив, много по-често течностите текат неспокойно в тръбите; вихри преминават от стените на тръбата към нейната ос. Това е вихър или турбулентно движение. Така например тече вода в тръбите на водопроводната мрежа (ако нямаме предвид тънки тръби, където потокът е ламинарен). Вихров поток се наблюдава винаги, когато скоростта на потока на даден флуид в тръба (с даден диаметър) достигне определена стойност, така наречената критична скорост.
Вихри от течност, течащи в тръба, могат да бъдат направени видими за окото, ако малко лек прах, като ликоподиум, се въведе в прозрачна течност, течаща в стъклена тръба. Тогава ясно се разграничават вихрите, минаващи от стените на тръбата към нейната ос.
Тази характеристика на вихровия поток се използва в технологията за изграждане на хладилници и охладители. Флуид, който тече турбулентно в тръба с охладени стени, привежда всичките си частици в контакт със студените стени много по-бързо, отколкото когато се движи без вихри; трябва да се помни, че самите течности са лоши проводници на топлина и при липса на смесване се охлаждат или затоплят много бавно. Оживен топлинен и материален обмен на кръв с измитите от него тъкани също е възможен само защото потокът й в кръвоносните съдове не е ламинарен, а вихров.
Казаното за тръбите важи в еднаква степен за открити канали и речни корита: в каналите и реките водата тече бурно. При точно измерване на скоростта на река инструментът открива вълни, особено близо до дъното: вълните показват постоянно променяща се посока на потока, т.е. вихри. Частиците на речната вода се движат не само по протежение на речния канал, както обикновено се представя, но и от банки до средата. Ето защо твърдението е неправилно, че в дълбините на реката водата има една и съща температура през цялата година, а именно + 4°C: поради смесване температурата на течащата вода близо до дъното на реката (но не и езеро) е същото като на повърхността. Вихри, които се образуват на дъното на реката, носят със себе си лек пясък и пораждат тук пясъчни „вълни”. Същото се вижда и на пясъчния морски бряг, измит от настъпващата вълна (фиг. 79). Ако водният поток близо до дъното беше спокоен, пясъкът на дъното щеше да има равна повърхност.

Фигура 79. Образуване на пясъчни вълни по морския бряг от действието на водни вихри.

Фигура 80. Вълнообразното движение на въже в течаща вода се дължи на образуването на вихри.
И така, близо до повърхността на тяло, измито от вода, се образуват вихри. За тяхното съществуване ни разказва например извито навито въже, опънато по течението на водата (когато единият край на въжето е вързан, а другият е свободен). Какво става тук? Участъкът от въжето, близо до който се е образувал вихрушката, е отнесен от него; но в следващия момент този участък се движи вече от друг вихър в обратна посока - получава се змиевиден меандър (фиг. 80).
От течности към газове, от вода към въздух.
Кой не е виждал как въздушни вихри отнасят от земята прах, слама и пр.? Това е проява на вихровия въздушен поток по повърхността на земята. И когато въздухът тече по повърхността на водата, тогава на места, където се образуват вихри, в резултат на намаляване на въздушното налягане тук, водата се издига като гърбица - генерира се вълнение. Същата причина генерира пясъчни вълни в пустинята и по склоновете на дюните (фиг. 82).

Фигура 81. Веещо се знаме на вятъра...

Фигура 82. Вълнообразна повърхност на пясъка в пустинята.
Сега е лесно да се разбере защо знамето се развълнува от вятъра: с него се случва същото като с въже в течаща вода. Твърдата пластина на флюгера не поддържа постоянна посока на вятъра, а подчинявайки се на вихрушките, осцилира през цялото време. От същия вихров произход и струйки дим, излизащи от фабричния комин; димните газове протичат през тръбата във вихрово движение, което продължава известно време по инерция извън тръбата (фиг. 83).
Значението на турбулентното движение на въздуха за авиацията е голямо. Крилата на самолета получават такава форма, при която мястото на разреждане на въздуха под крилото се запълва с веществото на крилото, а вихровият ефект над крилото, напротив, се засилва. В резултат на това крилото се поддържа отдолу и се засмуква отгоре (фиг. 84). Подобни явления се случват, когато птица се извисява с разперени крила.

Фигура 83. Облаци дим, излизащи от фабричен комин.
Как действа вятърът, който духа над покрива? Вихрите създават разреждане на въздуха над покрива; опитвайки се да изравни налягането, въздухът под покрива, пренасян нагоре, го притиска. В резултат на това се случва нещо, което, за съжаление, често трябва да се наблюдава: лек, свободно закрепен покрив се издуха от вятъра. По същата причина големите стъкла на прозорците се изстискват отвътре от вятъра (а не се чупят от натиск отвън). Тези явления обаче се обясняват по-лесно с намаляване на налягането в движещия се въздух (виж принципа на Бернули по-горе, стр. 125).
Когато два потока въздух с различна температура и влажност протичат един по друг, във всеки се появяват вихри. Различните форми на облаци до голяма степен се дължат на тази причина.
Виждаме каква широка гама от явления са свързани с вихровите потоци.

Фигура 84. На какви сили действа крилото на самолет.
Разпределение на наляганията (+) и разреждането (-) на въздуха върху крилото въз основа на експерименти. В резултат на всички приложени усилия, поддържащи и засмукващи, крилото се изнася нагоре. (Плътните линии показват разпределението на налягането; пунктираните линии показват същото с рязко увеличаване на скоростта на полета)

Пътуване до недрата на Земята

Все още нито един човек не е слязъл в Земята по-дълбоко от 3,3 км - и все пак радиусът на земното кълбо е 6400 км. Все още има много дълъг път до центъра на Земята. Въпреки това изобретателният Жул Верн изпрати своите герои дълбоко в недрата на Земята - ексцентричният професор Лиденброк и неговия племенник Аксел. В „Пътуване до центъра на Земята“ той описва удивителните приключения на тези подземни пътешественици. Сред изненадите, които срещнаха под Земята, наред с други неща, беше увеличаването на плътността на въздуха. При издигане въздухът се разрежда много бързо: плътността му намалява експоненциално, докато височината на издигане се увеличава в аритметична прогресия. Напротив, при спускане надолу, под нивото на океана, въздухът под натиска на горните слоеве трябва да става все по-плътен. Подземните пътници, разбира се, не можеха да не забележат това.
Ето разговор между чичо учен и неговия племенник на дълбочина от 12 левги (48 км) в недрата на Земята.
„Вижте какво показва манометърът? — попита чичо.
- Много силен натиск.
„Сега виждате, че слизайки малко по малко, ние постепенно свикваме с кондензирания въздух и изобщо не страдаме от него.
„С изключение на болката в ушите ми.
- Боклуци!
„Много добре“, отвърнах аз, като реших да не противореча на чичо си. „Дори е хубаво да си в кондензиран въздух. Забелязали ли сте колко силни звуци се чуват в него?
- Разбира се. В тази атмосфера дори глухите можеха да чуят.
„Но въздухът ще става все по-плътен. Ще придобие ли в крайна сметка плътността на водата?
- Разбира се: под налягане от 770 атмосфери.
- И още по-ниско?
– Плътността ще се увеличи още повече.
Как ще слезем тогава?
Ще напълним джобовете си с камъни.
- Е, чичо, имаш отговор за всичко!
Не отидох по-нататък в сферата на предположенията, защото, може би, отново щях да измисля някакво препятствие, което да дразни чичо ми. Беше обаче очевидно, че под налягане от няколко хиляди атмосфери въздухът може да премине в твърдо състояние и тогава, дори да приемем, че можем да издържим такова налягане, пак ще трябва да спрем. Тук никакви аргументи няма да помогнат."

Фантазия и математика

Ето как разказва романистът; но се оказва, ако проверим фактите, за които се говори в този пасаж. За това не е нужно да слизаме в недрата на Земята; за малка екскурзия в областта на физиката е достатъчно да се запасите с молив и хартия.
Преди всичко ще се опитаме да определим до каква дълбочина трябва да се спуснем, така че налягането на атмосферата да се увеличи с 1000-та част. Нормалното налягане на атмосферата е равно на теглото на 760 mm живачен стълб. Ако бяхме потопени не във въздух, а в живак, ще трябва да слезем само 760/1000 = 0,76 mm, за да се увеличи налягането с 1000-та. Във въздуха, разбира се, за това трябва да се спуснем много по-дълбоко и точно толкова пъти, колкото въздухът е по-лек от живака – 10 500 пъти. Това означава, че за да се повиши налягането с 1000-та част от нормалното, ще трябва да се спуснем не с 0,76 мм, както при живак, а с 0,76x10500, тоест с почти 8 м. Кога ще слезем още един 8 m, тогава повишеното налягане ще се увеличи с още 1000 от своята величина и така нататък... На каквото и ниво да се намираме - на самия "таван на света" (22 км), на върха на Еверест (9 км ) или близо до повърхността на океана, - трябва да се спуснем на 8 м, така че налягането на атмосферата да се увеличи с 1000-та от първоначалната стойност. Оказва се, следователно, такава таблица за увеличаване на налягането на въздуха с дълбочина:
налягане на нивото на земята
760 мм = нормално
"дълбочина 8 м" = 1,001 нормално
"дълбочина 2x8" \u003d (1.001) 2
"дълбочина 3x8" \u003d (1.001) 3
"дълбочина 4x8" \u003d (1.001) 4
И като цяло на дълбочина nx8 m налягането на атмосферата е (1,001) n пъти по-голямо от нормалното; и докато налягането не е много високо, плътността на въздуха ще се увеличи със същото количество (законът на Мариот).
Имайте предвид, че в този случайговорим, както се вижда от романа, за задълбочаване в Земята само с 48 км и следователно отслабването на гравитацията и свързаното с това намаляване на теглото на въздуха могат да бъдат пренебрегнати.
Сега можете да изчислите колко голям е бил приблизително. натискът, който подземните пътешественици на Жул Верн изпитват на дълбочина от 48 км (48 000 m). В нашата формула n е равно на 48000/8 = 6000. Трябва да изчислим 1,0016000. Тъй като умножаването на 1,001 само по себе си 6000 пъти е доста скучно и отнема много време, ще се обърнем към помощта на логаритмите. за което Лаплас правилно каза, че като намаляват труда, те удвояват живота на калкулаторите. Като вземем логаритъма, имаме: логаритъмът на неизвестното е равен на
6000 * log 1,001 = 6000 * 0,00043 = 2,6.
По логаритъм от 2.6 намираме желаното число; е равно на 400.
И така, на дълбочина от 48 км налягането на атмосферата е 400 пъти по-силно от нормалното; Плътността на въздуха под такова налягане ще се увеличи, както показват експериментите, с 315 пъти. Ето защо е съмнително, че нашите подземни пътешественици изобщо не биха страдали, изпитвайки само „болка в ушите“... В романа на Жул Верп обаче се казва, че хората са достигнали още по-големи подземни дълбочини, а именно 120 и дори 325 км. Там налягането на въздуха трябва да е достигнало чудовищни ​​градуси; човек е в състояние да издържи безвредно въздушно налягане не повече от три или четири атмосфери.
Ако по същата формула започнем да изчисляваме на каква дълбочина въздухът става гъст като водата, тоест става 770 пъти по-плътен, ще получим цифра: 53 км. Но този резултат е неправилен, тъй като при високо налягане плътността на газа вече не е пропорционална на налягането. Законът на Мариот е напълно верен само за не твърде значителни налягания, които не надвишават стотици атмосфери. Ето данните за плътността на въздуха, получени от опит:
Плътност на налягането
200 атмосфери... 190
400" .............. 315
600" .............. 387
1500" ............. 513
1800" ............. 540
2100" ............. 564
Увеличаването на плътността, както виждаме, забележимо изостава от увеличаването на налягането. Напразно ученият Жул Верн очакваше, че ще достигне дълбочина, където въздухът е по-плътен от водата - не би трябвало да чака това, тъй като въздухът достига плътността на водата само при налягане от 3000 атмосфери, а след това почти не се компресира. Не може да става дума за превръщане на въздуха в твърдо състояние с едно налягане, без силно охлаждане (под минус 146 °).
Справедливо е да се каже обаче, че въпросният роман на Жул Верн е публикуван много преди цитираните сега факти да станат известни. Това оправдава автора, въпреки че не коригира разказа.
Ще използваме формулата, дадена по-рано, за да изчислим най-голямата дълбочина на мината, на дъното на която човек може да остане без вреда за здравето си. Най-високото въздушно налягане, което тялото ни все още може да издържи, е 3 атмосфери. Означавайки желаната дълбочина на мината през x, имаме уравнението (1.001) x / 8 \u003d 3, от което (логаритмично) изчисляваме x. Получаваме x = 8,9 km.
Така че човек може да бъде без вреда на дълбочина от почти 9 км. Ако Тихият океан изведнъж пресъхне, хората почти навсякъде биха могли да живеят на дъното му.

В дълбока мина

Кой се е преместил най-близо до центъра на Земята - не във фантазията на писателя, а в действителност? Разбира се, миньори. Вече знаем (виж глава IV), че най-дълбоката мина в света е изкопана в Южна Африка. Слиза на по-дълбоко от 3 км. Тук имаме предвид не дълбочината на проникване на свредлото, която достига 7,5 км, а задълбочаването на самите хора. Ето какво разказва например френският писател д-р Люк Дюртен, който лично го е посетил, за мината в мина Morro Velho (дълбочина около 2300 м):
„Прочутите златни мини на Morro Velho се намират на 400 км от Рио де Жанейро. След 16 часа каране по железница в скалист терен, вие се спускате в дълбока долина, заобиколена от джунгла. Тук английска компания добива златоносни вени на дълбочини, невиждани досега от човека.
Вената отива в дълбините косо. Мината я следва с шест перваза. Вертикални шахти - кладенци, хоризонтални - тунели. Изключително характерно за съвременното общество е, че най-дълбоката шахта, изкопана в кората на земното кълбо – най-смелият опит на човека да проникне в недрата на планетата – се прави в търсене на злато.
Носете платнени гащеризони и кожено яке. Бъдете внимателни: най-малкото камъче, попадащо в кладенеца, може да ви нарани. Ще бъдем придружени от един от "капитаните" на мината. Влизате в първия тунел, добре осветен. Треперите от смразяващ 4° вятър: това е вентилация за охлаждане на дълбините на мината.
След като преминете първия кладенец на 700 м дълбочина в тясна метална клетка, се озовавате във втория тунел. Слизаш до втория кладенец; въздухът става все по-топъл. Вече сте под морското равнище.
Започвайки от следващия кладенец, въздухът изгаря лицето. Облини в пот, прегърбени под ниския свод, тръгвате към рева на сондажните машини. Голи хора работят в гъста прах; От тях капе пот, ръцете минават непрекъснато по бутилка вода. Не докосвайте фрагментите от руда, сега отчупени: тяхната температура е 57 °.
Какъв е резултатът от тази ужасна, отвратителна реалност? "Около 10 килограма злато на ден...".
Описвайки физическите условия на дъното на мината и степента на екстремна експлоатация на работниците, френският писател отбелязва високата температура, но не споменава повишеното налягане на въздуха. Нека изчислим какво е на дълбочина 2300 м. Ако температурата остане същата като на повърхността на Земята, тогава, според вече познатата ни формула, плътността на въздуха ще се увеличи с

Раз.
Реално температурата не остава постоянна, а се повишава. Следователно плътността на въздуха се увеличава не толкова значително, а по-малко. В крайна сметка въздухът на дъното на мината се различава по плътност от въздуха на повърхността на Земята малко повече от въздуха на горещ летен ден от мразовития въздух на зимата. Сега става ясно защо това обстоятелство не привлече вниманието на посетителя на мината.
Но от голямо значение е значителната влажност на въздуха в такива дълбоки мини, което прави престоя в тях непоносим при високи температури. В една от южноафриканските мини (Йохансбург), на дълбочина 2553 m, влажността достига 100% при 50°C; сега тук се устройва т. нар. "изкуствен климат", а охлаждащият ефект на инсталацията е еквивалентен на 2000 тона лед.

Нагоре със стратостатите

В предишни статии ние мислено пътувахме в недрата на земята и формулата за зависимостта на налягането на въздуха от дълбочината ни помогна. Нека сега се впуснем нагоре и, използвайки същата формула, да видим как се променя атмосферното налягане на голяма надморска височина. Формулата за този случай има следната форма:
p = 0,999 ч/8,
където p е налягането в атмосфери, h е височината в метри. Фракцията 0,999 замени числото 1,001 тук, тъй като при движение нагоре на 8 m налягането не се увеличава с 0,001, а намалява с 0,001.
Нека започнем с решаването на проблема: колко високо трябва да се издигнете, за да се намали наполовина налягането на въздуха?
За да направим това, приравняваме налягането p = 0,5 в нашата формула и започваме да търсим височината h. Получаваме уравнението 0,5 \u003d 0,999h / 8, което няма да е трудно за решаване за читатели, които знаят как да боравят с логаритми. Отговорът h = 5,6 km определя височината, на която налягането на въздуха трябва да бъде намалено наполовина.
Нека сега се насочим още по-високо, следвайки смелите съветски аеронавти, достигнали височина от 19 и 22 км. Тези високи области на атмосферата вече са в така наречената "стратосфера". Затова топките, върху които се правят такива изкачвания, получават името не балони, а „стратосферни балони“. Не мисля, че сред хората от по-старото поколение е имало поне един, който не би чул имената на съветските стратосферни балони „СССР“ и „OAH-1“, които поставиха световни рекорди за височина през 1933 и 1934 г.: първият - 19 км, вторият - 22 км.
Нека се опитаме да изчислим какво е налягането на атмосферата на тези височини.
За височина от 19 км установяваме, че налягането на въздуха трябва да бъде
0,99919000/8 = 0,095 атм = 72 мм.
За височина от 22 км
0,99922000/8 = 0,066 атм = 50 мм.
Въпреки това, разглеждайки записите на стратонавтите, откриваме, че на посочените височини са отбелязани други налягания: на височина 19 km - 50 mm, на височина от 22 km - 45 mm.
Защо изчислението не е потвърдено? Каква е нашата грешка?
Законът на Мариот за газовете при такова ниско налягане е доста приложим, но този път направихме още един пропуск: смятахме, че температурата на въздуха е една и съща през цялата 20-километрова дебелина, докато с височината тя пада забележимо. Средно приемат; че температурата пада с 6,5° за всеки издигнат километър; това се случва до височина от 11 km, където температурата е минус 56 ° и след това остава непроменена за значително разстояние. Ако се вземе предвид това обстоятелство (за което средствата на елементарната математика вече не са достатъчни), ще се получат резултати, които са много по-съответстващи на реалността. По същата причина резултатите от предишните ни изчисления, свързани с атмосферното налягане в дълбините, също трябва да се считат за приблизителни.

На тази страница ще събера познати ми книги по забавна физика: книги, които имам у дома, връзки към истории и рецензии за такива книги.

Моля, добавете в коментарите какви забавни научни книги познавате.

Н.М. Зубков "Вкусна наука"Преживявания и експерименти в кухнята за деца от 5 до 9 години. Една проста малка книжка. Бих намалил възрастта, твърде прости и добре познати експерименти, като плуване на яйце в солена вода и увиване на сладолед в кожено палто. Предимно отговори на детското "защо?". Въпреки че, може би съм прекалено взискателен) Така че по принцип всичко е хубаво и разбираемо)

Л. Генденщайн и др. "Механика"е книга от моето детство. В него под формата на комикси приятелите се запознават със законите на механиката. Това запознанство става в играта, в разговора, като цяло, между времената. Много я харесвах тогава и все още я харесвам. Може би именно с нея започна страстта ми към физиката?

"Детска енциклопедия". Този Талмуд също е от моето детство. Съдържа 5 тома. Има и за изкуство, и за география, биология, история. И този е естествен. Колко пъти го отварям, толкова съм убеден, че старите енциклопедии не са като сегашните. Рисунките са истински черно-бели (предимно), но има много повече информация.

А. В. Лукянова "Истинска физика за момчета и момичета". Първата книга по физика, която си купих. Какво да кажа? Не веднага впечатлен. Книгата е голям формат, рисунките са красиви, хартията е плътна, цената е висока. И всъщност не много. Но по принцип можете да четете, да гледате снимки с детето си.

А. Дмитриев "Сандъкът на дядо". Тази малка брошура ми е любима. Почти самостоятелно публикувани по дизайн, но всички експерименти, научни играчки са описани по много достъпен и прост начин.

Том Тит "Science Fun". Навсякъде тази книга е много хвалена, но и на мен не ми хареса особено. Експериментите са интересни. Но няма обяснение. И без обяснение някак си зле излиза.

Й. Перелман "Забавна механика", "Физика на всяка стъпка", "Забавна физика". Перелман, разбира се, е класика на жанра. Книжките му обаче не са за най-малките.

Бруно Донат "Физика в игрите". Прилича на Tom Tit, само някак по-лесно за моето възприятие и са дадени обяснения на всички експерименти и игри.

Ел Ей Сикорук "Физика за деца". Изглежда нещо като моята "Механика" Генденщайн от детството. Не, тук няма комикси, но запознаването с физическите закони на природата протича в разговор и непринудено. Не намерих тази книга за продажба, защото я имам само в печат.

Е, последното ми хоби са картичките с научни експерименти.

© 2009, Издателство РИМИС, издание, дизайн

Текстът и фигурите са възстановени според книгата „Забавна физика“ на Я. И. Перелман, издадена от П. П. Сойкин (Санкт Петербург) през 1913 г.

Всички права запазени. Никоя част от електронната версия на тази книга не може да бъде възпроизвеждана под каквато и да е форма или по какъвто и да е начин, включително публикуване в Интернет и корпоративни мрежи, за частна и обществена употреба, без писменото разрешение на собственика на авторските права.

© Електронна версия на книгата, изготвена от Liters (www.litres.ru)

„Забавна физика“ – 85!

Признавам си: с вълнение наскоро прелистих първото издание на книгата – родоначалник на нов литературен жанр. „Забавна физика“ – така нарече неговия „първороден“, роден в Санкт Петербург преди 85 години, неговият автор, тогава малко познат Яков Исидорович Перелман.

Защо библиографи, критици и популяризатори недвусмислено свързват началото на научния интерес с появата на тази книга? Нямаше ли нещо подобно преди? И защо Русия беше предопределена да стане родното място на нов жанр?

Разбира се, преди са били издавани научнопопулярни книги по различни науки. Ако се ограничим до физиката, можем да си припомним, че още през 19 век в чужбина и в Русия са публикувани добри книги на Бойс, Тисандие, Тит и други автори. Те обаче бяха колекции от експерименти по физика, често доста забавни, но като правило без да обясняват същността на физическите явления, илюстрирани от тези експерименти.

„Забавна физика“ е преди всичко огромен избор (от всички раздели на елементарната физика) от занимателни проблеми, сложни въпроси, невероятни парадокси. Но основното е, че всичко изброено по-горе със сигурност е придружено от увлекателни дискусии, или неочаквани коментари, или грандиозни експерименти, които служат за целите на интелектуалното забавление и запознаването на читателя със сериозно изследване на науката.

В продължение на няколко години авторът работи върху съдържанието на „Забавна физика“, след което издателят П. Сойкин държи ръкописа в редакционното „портфолио“ две години и половина, без да се осмелява да издаде книга с това заглавие. Все пак: такава фундаментална наука и изведнъж... забавна физика!

Но духът все пак беше освободен от каната и започна своя победен марш, първо в Русия (през 1913-1914), а след това и в други страни. По време на живота на автора книгата премина през 13 издания и всяко следващо издание се различаваше от предишното: бяха направени допълнения, отстранени са недостатъците и текстът беше прередактиран.

Как беше приета книгата от съвременниците? Ето няколко ревюта за нея от водещите списания от онова време.

„Сред различните опити да се заинтересува физиката, като се извадят най-„забавните“ неща от нея и чрез повече или по-малко игриво представяне, книгата на г-н Перелман се откроява със своята замисленост и сериозност. Той предоставя добър материал за наблюдение и размисъл от всички катедри по елементарна физика, спретнато публикуван и красиво илюстриран” (Н. Дрентелн, Педагогически сборник).

„Много поучителна и забавна книга, в най-обикновени и на пръв поглед прости въпроси и отговори, въвеждаща основните закони на физиката...“ („Ново време“).

„Книгата е снабдена с много рисунки и е толкова интересна, че е трудно да я оставиш, без да я прочетеш до края. Смятам, че когато преподава естествени науки, учителят може да се възползва от много поучителни неща от тази прекрасна книга” (проф. А. Погодин, „Утро”).

„Г-н Перелман не се ограничава само до описване на различни експерименти, които могат да се извършват у дома... Авторът на Entertaining Physics анализира много въпроси, които не могат да се експериментират у дома, но въпреки това са интересни както по същество, така и във формата, която той знае как да даде на разказването си“ („Аматьор физик“).

„Вътрешното съдържание, изобилието от илюстрации, красивият външен вид на книгата и много ниската цена - всичко това е ключът към широкото й разпространение ...“ (Н. Каменщиков, „Бюлетин по експериментална физика“).

И наистина, "Забавна физика" получи не просто широко, но и най-широко разпространение. И така, у нас на руски е публикуван около тридесет пъти и в масови издания. Тази невероятна книга е преведена на английски, арабски, български, испански, каннада, малаялам, маратхи, немски, персийски, полски, португалски, румънски, тамилски, телугу, финландски, френски, хинди, чешки, японски.

Започнаха проблеми надолу и навън! Вдъхновен от успеха на читателите и критиците, Й. Перелман подготвя и издава през 1916 г. втората (не продължение на първата, а втората) книга по занимателна физика. Освен това. Една след друга излизат неговите занимателни геометрия, аритметика, математика, астрономия, механика, алгебра – общо четиридесет (!) Научно-забавни книги.

„Забавна физика” е четена от няколко поколения читатели. Разбира се, не всеки, който го е чел, е станал учен, но едва ли има физик, поне в Русия, който да не е запознат с него.

Сега в руската картотека на забавните книги има повече от 150 клона на науката. Нито една страна няма такова богатство и почетното място сред тези публикации без съмнение принадлежи на Entertaining Physics.

Юрий Морозов

Източник на информация - уебсайтът на списанието "Знанието е сила" www.znanie-sila.ru

Предговор

Тази книга е самостоятелна колекция, която не е продължение на първата книга на Забавна физика; нарича се "втори" само защото е написан по-късно от първия. Успехът на първия сборник подтикна автора да обработи останалата част от натрупания от него материал и така беше съставена тази втора - или по-скоро друга - книга, обхващаща същите катедри по училищна физика.

Тази книга със забавна физика, както и първата, е предназначена да се чете, а не да се изучава. Неговата цел е не толкова да информира читателя за нови знания, а по-скоро да му помогне да „научи това, което знае“, т.е. да задълбочи и съживи основната информация, която вече има във физиката, да го научи съзнателно да ги управлява и да го насърчи да ги използвате по много начини. Това се постига, както в първия сборник, чрез разглеждане на пъстра поредица от пъзели, сложни въпроси, занимателни проблеми, забавни парадокси, неочаквани сравнения от областта на физиката, свързани с кръга от ежедневни явления или извлечени от популярни трудове на общи и научна фантастика. Съставителят използва материала от последния тип особено широко, считайки го за най-подходящ за целите на сборника: включени са откъси от добре познатите романи на Жул Верн, Уелс, Кюрд Ласуиц и др. Фантастични експерименти, в допълнение към тяхното изкушение, могат да играят важна роля в преподаването като живи илюстрации; намериха място за себе си дори в училищните учебници. „Целта им — пише нашият известен учител В. Л. Розенберг — е да освободят ума от оковите на навика и да изяснят един от аспектите на феномена, чието разбиране е замъглено от обикновени условия, които нахлуват в ума на ученика независимо от волята му, поради навик.”

Съставителят се опита, доколкото може, да придаде на презентацията външно интересна форма, да направи темата привлекателна, без понякога да спира, преди да привлече интерес отвън. Той се ръководеше от психологическата аксиома, че интерескъм предмета повишава вниманието, вниманието улеснява разбиранеи следователно допринася за по-съзнателно асимилация.