Занимательная физика в домашних условиях

Пять простых экспериментов, которые расскажут детям многое об окружающем мире

Для этого опыта нам понадобятся элементарные вещи — два одинаковых прямоугольных листочка бумаги.

Как не трудно догадаться, всё дело в крыле самолёта, точнее, в его особом профиле. Если разрезать крыло поперёк и посмотреть на него сбоку, то мы увидим, что снизу оно плоское, а сверху — выпуклое. Воздух, обтекая крыло, разделяется на два потока: над крылом и под ним. Нижний поток протекает по прямой, а верхний сужается. Ведь профиль крыла выпуклый сверху! И теперь для того, чтобы в верхнем потоке проходило то же количество воздуха и за такое же время, как и в нижнем, ему нужно двигаться быстрее, ведь сам поток стал уже. Далее вступает в силу закон Бернулли: чем выше скорость потока, тем давление в нем ниже и, соответственно, наоборот. Этот закон очень просто иллюстрируется. Берём наши две бумажки и делаем так, чтобы они приобрели кривизну. Можно, например, с лёгким нажимом протянуть их через край стола. Подносим их к друг другу и дуем между ними. Казалось бы, они должны отдалиться друг от друга. Но не тут-то было — бумажки наоборот, прилепляются одна к другой.

Это происходит из-за того, что там, где мы дуем, давление с внутренней стороны оказывается меньше, чем снаружи. Такие же процессы происходят вокруг крыла самолёта — при движении в воздушном потоке над крылом давление меньше, чем под ним. Из-за этой разницы возникает подъёмная сила. Она выталкивает крыло самолета и, соответственно, сам самолет вверх. Чем скорость выше, тем подъемная сила больше.

Столь же простое устройство демонстрирует нам сразу два важных явления — наличие у Земли магнитного поля и силы поверхностного натяжения жидкости.

Последними, кстати успешно пользуются паучки-водомерки, которых все наверняка видели. Дело в том, что вода у самой поверхности обладает особыми свойствами. Можно представить, что каждая жидкость сверху как бы покрыта особой невидимой пленочкой. Для больших предметов эти силы незаметны. А вот муравей или мотылек, попавший в каплю воды, не может из нее выбраться — невидимые силы склеивают ему лапки и не дают вылезти.

Мы можем провести интересный опыт. Представим, что мы оказались в глухой тайге и заблудились. У нас нет ничего, кроме миски и иголки. Если даже тарелки и нет, то ёмкость можно изготовить из подручных средств, например, слепить из глины. Потом берём иголку, и смазываем её сливочным маслом или салом. Самое главное, что класть её на воду надо аккуратно. После чего игла, как бы мы её не крутили, всегда будет разворачиваться в одну и ту же сторону. Почти точно там и находятся магнитные полюса Земли (почти, потому, что они не совпадают с географическими полюсами и при реальной навигации приходится учитывать магнитное склонение). А какой из полюсов помогут определить другие приметы — кора, муравейник и так далее, правда, это не очень точные приборы.

Это забавное устройство известно несколько веков. В своё время было настолько популярным, что на основе этого принципа делались игрушки. Но в то же время оно позволяет понять многое об окружающем нас мире. Для водолаза, которого мы делали в детстве, надо две ёмкости — большую и маленькую. В моём случае использовалась литровая банка и аптечный пузырёк из-под зелёнки. Придётся также пожертвовать воздушным шариком. Это позволит нам ответить на вопрос, которого не смог решить даже великий Галилео Галилей.

В 1638 году в Голландии была опубликована последняя книга гениального учёного «Беседы и математические доказательства двух новых наук». В этой книге флорентийский водопроводчик объясняет одному из собеседников, что никакой всасывающий поршневой насос не может поднять воду выше, чем на восемнадцать локтей, — это немногим более десяти метров. Поршень поднимается на эту высоту, и дальше вода отказывается следовать за ним. Галилей не смог дать правильного объяснения описанному явлению. Это было сделано Эванджелиста Торричелли в 1644  году, когда он вместе с Винченцо Вивиани, осуществил свой знаменитый атмосферный эксперимент. Для своих экспериментов Торричелли решил вместо воды использовать другую жидкость, а именно ртуть. Это было очень правильным решением. Для экспериментов теперь можно было взять метровую трубку-пробирку, а не циклопическую одиннадцатиметровую трубу. Оказалось, что максимальный возможный подъем ртути составляет 76 см или 760 мм. А тот, кто внимательно слушает прогноз погоды, сразу заметит — что когда там называют величину атмосферного давления, то она колеблется около этой цифры. Итальянский учёный прогноз по радио не слушал, но сразу понял, что в обоих случаях давлению и столба воды, и столба ртути должно противостоять некоторое внешнее давление, и это есть атмосферное давление.

Итак, берём банку, наполняем её водой. Теперь на очереди флакончик, в который также наливаем столько воды, чтобы он еле-еле держался на плаву. Закрываем оба сосуда кусочками резинки от воздушного шарика (малый сосуд, естественно, перед этим поместив в большой). Нажав резинку на банке, мы увидим, как вдавливается резинка и на флакончике и он погружается в воду. Убрали руку — «водолаз» всплывает обратно.

Для опыта нам потребуются: алюминиевая ложка или кусок толстой медной проволоки, деревянная ложка или обычный карандаш, чашка с кипятком.

Знаете ли вы, почему баню или сауну изнутри обшивают деревом? Более того, если дерево для лавки прибивают гвоздями, то шляпки гвоздей забивают так, чтобы они были ниже поверхности дерева. Зачем это делают?

Представим себе, что в парилке, где температура достигает 110 градусов (а иногда и выше!), один из гвоздей немного выскочил наружу и голой кожей вы коснулись металла. Небольшой ожог обеспечен. Но как же так, ведь температура поверхности дерева и температура поверхности гвоздя должны быть одинаковыми!

Действительно, температура поверхности и металла, и дерева в одном и том же помещении одинаковая. Дело в том, что температура — это еще не самое главное. Есть такое понятие, как теплопроводность.

Что это означает? Это означает то, как вещество, из которого состоит предмет, пропускает (проводит) через себя тепло. Тепло можно представить себе как невидимую воду, текущую через все предметы. Есть только одно правило, которому эта «вода» — или тепло — подчиняется. Тепло всегда перетекает от более теплого тела к более холодному.

Итак, разные тела проводят тепло по-разному. Очень хорошо проводят тепло металлы. В целом, чем выше у вещества плотность — тем выше и теплопроводность.

Проведем простой опыт. Для него нам понадобятся две ложки: деревянная и алюминиевая. Если не найдется в доме деревянной ложки, можно взять деревянную палочку для суши или обычный карандаш. Вскипятим чайник и нальём кипятка в обычную чашку. Теперь, берём в одну руку деревянную ложку (карандаш), а в другую — алюминиевую (кусок проволоки) и опустим обе в кипяток. Некоторое время можно размешивать кипяток и той и другой ложкой. Но скоро металл придется бросить — он сильно нагревается.

Ещё более нагляден такой опыт. Возьмите две чайные ложки: одну серебряную, другую из никелевого сплава. Прикрепите к ним каплями стеарина скрепки для бумаг. Вложите ложки в стакан, чтобы ручки со скрепками торчали из него в разные стороны. Налейте в стакан кипяток. Ложки нагреются. У серебряной ложки стеарин расплавится, и скрепка отпадет. У другой ложки скрепка или совсем не отпадет, или отпадет позже, когда ложка нагреется сильнее.

Вернёмся к великому Галилею. Будучи добрым католиком, он много времени проводил в соборе, где помимо прочего наблюдал за колебаниями светильника на длинном подвесе (в православных храмах такой светильник называют паникадилом). Учёный, измеряя период колебаний биением своего пульса (наручных-то часов тогда не было!), пришел к выводу, что ни масса подвешенного груза, ни амплитуда колебаний практически не влияют на период.

Это был очень важный вывод — на его основании впоследствии были изобретены точные маятниковые часы, и созданы они были великим голландским физиком Христианом Гюйгенсом. Оказывается, время, за которое любой маятник делает один качок туда и обратно, зависит только от длины самого маятника. И ни от чего больше. Поэтому, если подвесить груз на веревку определенной длины, маятник будет делать «качок» за одно и то же время. Это и будет нашим секундомером. Значит, чтобы всегда иметь возможность сделать точные часы (уж веревку-то можно найти всегда) — надо только запомнить, что маятник длиной один метр (если быть точным, почти один метр) делает качок в одну сторону за одну секунду. Так что в любой точке земного шара вы можете достать из кармана веревку, прикрепить к ней подходящий груз (например, камушек) так, чтобы их общая длина была примерно один метр, подвесить к любой ветке — и, качнув, спокойно отсчитывать секунды.