Для юных физиков. Опыты и развлечения (сборник)
Шрифт:
Сила расширения замерзающего льда может разрывать не только стеклянные стенки посуды. Перед нею не может устоять и металл, если слой его не очень толст. Вода на морозе разрывает двухдюймовые стенки железной бомбы! Не удивительно, что так часто лопаются водопроводные трубы, когда в них замерзает вода.
Но то же свойство воды расширяться при замерзании является причиною и того, что лед плавает на воде, а не падает на дно. Если бы вода при затвердевании сжималась – как большинство тел природы, – то лед, образовавшись в воде, не плавал бы на ее поверхности, а тонул бы. И тогда мы лишились бы тех незаменимых услуг, которые доставляет нам каждую зиму
…
Наш природный, наш дешевый
Пароход и паровоз.
17. Огонь с помощью льда
Для этого удивительного опыта вам необходимо иметь два деревянных бруска с вдавленной круглой полостью в каждом. Углубления должны быть одинаковы, так что при накладывании брусков отверстия их совпадают, и образуется одна полость в форме чечевицы. Эти бруски послужат для нас формой, с помощью которой вы изготовите из льда ни мало ни много: зажигательную чечевицу…
Наложите в полость обломков льда «с горкой», накройте другим бруском и крепко сдавите оба бруска. Ледяные обломки под давлением сначала будут дробиться, но затем эти кусочки начнут спаиваться между собою в один сплошной кусок; продолжайте сдавливать бруски, пока не получится у вас прозрачная двояковыпуклая чечевица, похожая на зажигательное стекло.
Если опыт с получением прозрачной чечевицы сдавливанием льда (пользуясь свойством кусков льда под сильным давлением смерзаться) вам почему-либо не будет удаваться, то попробуйте изготовить такую чечевицу из одного куска льда, обрабатывая его сначала пилой и ножом, а затем горячим утюгом.
Выйдя с такою чечевицею в ясный морозный день на открытое место, сосредоточивают с помощью его солнечные лучи в одной точке, в которой держат какой-нибудь темный и легко воспламеняющийся материал (трут [7] ). Происходит сильное нагревание, затем вспышка. Мы получили огонь с помощью льда!
Всего поразительнее здесь, пожалуй, то, что лучи солнца, воспламенившие трут, проходят через лед, не нагревая его – иначе бы он таял. Очевидно, лучи не несут этой теплоты с собою, а теплота возникает лишь тогда, когда, задерживаясь темным веществом, лучи перестают быть тем, чем были раньше: из света они превращаются в теплоту.
18. Прорезать лед, оставив его целым
Мы сейчас сказали, что куски льда под давлением «смерзаются». Это не значит, что куски льда замерзают еще сильнее, когда на них давят. Как раз наоборот: при сильном давлении лед обыкновенно тает, а едва только образовавшаяся при этом весьма холодная вода освобождается от давления, она снова замерзает, потому что температура ее ниже 0°. Когда мы сдавливаем куски льда, происходит следующее: концы выступающих частей, соприкасающиеся между собою и подвергающиеся сильнейшему давлению, тают; образующаяся вода уходит в стороны, в мелкие пустые промежутки между выступами; там, уже не испытывая повышенного давления, эта чрезвычайно холодная вода тотчас же замерзает и спаивает таким образом осколки льда в один сплошной кусок.
Вы можете проверить эту теорию на следующем красивом опыте. Выберите ледяной брусок, обоприте его концы на края двух табуреток (или каким-нибудь другим способом, это безразлично) и перекиньте поперек него петлю из стальной
Разгадка в том, что под давлением проволоки лед таял; но вода, перейдя поверх проволоки и освободившись там от давления, тотчас замерзала, и, пока проволока «резала» нижние слои, верхние снова смерзались.
Лед – единственное тело в природе, с которым возможно проделать подобный опыт. Оттого-то по льду можно ездить на санях и кататься на коньках. Когда конькобежец опирается весом своего тела на коньки, лед под этим давлением тает (если мороз не слишком силен), и конек скользит; но, переходя на другое место, конек и здесь вызывает таяние. Словом, куда ни ступит нога конькобежца, всюду она превращает тонкий слой льда под сталью конька в воду, которая, освободившись от давления, вновь замерзает.
19. Передача звука
Случалось ли вам наблюдать издали за дровосеком, рубящим дерево? Или, быть может, вы видели когда-нибудь, как вдали от вас работает плотник, вколачивая гвозди? Если да, то вы могли заметить при этом явление, очень странное на первый взгляд: удар раздавался не тогда, когда топор врезался в ствол дерева или когда молот ударял по шляпке гвоздя, – а позже, когда топор или молот уже подняты в воздух.
Если вам придется еще раз наблюдать это любопытное явление, воспользуйтесь им, чтобы простым опытом подготовить его разгадку. А именно, отойдите на некоторое расстояние назад или продвиньтесь вперед: после нескольких проб вы найдете такое место, при наблюдении из которого звуки топора или молота как раз совпадают с моментами видимого удара. Возвратитесь тогда на прежнее место – снова станет заметно несовпадение звуков с ударами.
Теперь, вероятно, вам уже легко догадаться, в чем причина этих загадочных явлений. Звук требует некоторого времени, чтобы пройти от места своего возникновения до вашего уха; свет же пробегает это расстояние почти мгновенно. И может случиться, что, пока звук странствует через воздух к вашему уху, топор или молот успели уже подняться для нового удара; тогда глаз увидит не то, что воспринимается ухом: вам покажется, что звук совпадает не с опусканием, а с поднятием инструмента. Но если вы отойдете назад или подвинетесь вперед как раз на такое расстояние, которое пробегается звуком за время одного взмаха топора, то к моменту достижения звуком вашего уха топор снова успеет опуститься; тогда, конечно, вы увидите и услышите удар одновременно, – но только это будут разные удары: с видимым сейчас ударом совпадает звук прошлого удара.
Сколько же пробегает звук в воздухе за одну секунду времени? Это в точности измерено: круглым счетом около 1/3 версты [10] . Каждую версту звук проходит в 3 секунды; и если дровосек взмахивает топором дважды в секунду, то вам (легко вычислить это) достаточно находиться на расстоянии сажень [11] 80, чтобы звук топора совпадал с его поднятием. Свет же пробегает в воздухе каждую секунду 280.000 верст, – в восемьсот тысяч раз больше, нежели звук; вы понимаете, конечно, что для всех расстояний на земле мы можем смело считать скорость света мгновенною.