Физика без преград. Увлекательные научные факты, истории, эксперименты
Шрифт:
Благодаря теплой погоде с поверхности рек, озер, прудов, да и просто с поверхности земли испаряется влага. Водяной пар с помощью воздушных потоков поднимается выше и выше, пока не достигает области низких температур. Там мелкие капельки воды обращаются в крошечные льдинки. Эта процедура, в ходе которой льдинки могут соединяться между собой и в результате становятся более тяжелыми, приводит к тому, что «бывшие капли» снова устремляются к земле. Пролетев часть пути, они встречаются с теплыми воздушными потоками, которые уже несут вверх «свежие» водяные капли. Благодаря теплу льдинки тают и проливаются на землю уже в виде дождя. Может случиться так, что из-за недостаточно низкой температуры мелкие
Процесс образования снега почти не отличается от описанного выше – с той только разницей, что образовавшиеся кристаллики, направившись к земле, не тают благодаря низкой температуре. И до земной поверхности они долетают, сохранив форму, приобретенную в облаках. Что же касается формы снежинок, то считается, что двух полностью одинаковых в природе не существует! В 1889 году в Петербурге было зафиксировано выпадение странных снежинок, по форме напоминавших гантельки.
Самые крупные в истории снежинки выпали в 1887 году в штате Монтана. Отдельные «экземпляры» достигали размеров 25х36 сантиметров!
№ 55
Все пройдет гладко. Утюг как физический прибор
Физические явления окружают нас повсюду. Даже в быту, даже в таких, казалось бы, далеких от науки вещах, как стирка и глажка белья! Например, в процессе стирки «включаются» такие физические понятия, как смачивание и трение – без последнего добиться чистоты белья вообще невозможно. А что можно сказать про утюг?
Его работа основана на таких явлениях, как испарение и отчасти деформация. Почему рекомендуется гладить белье, пока оно еще чуть влажное? При контакте влажной ткани с раскаленной подошвой утюга мелкие капли воды превращаются в пар и проникают глубже в волокна ткани. И сами эти волокна в результате видоизменяются: скрученные и перепутанные после стирки, они расправляются и растягиваются, делая ткань более приятной на ощупь и на вид. Да и потом, при работе с влажной тканью меньше опасность «переборщить» с температурой и оставить на ткани отпечаток утюга.
№ 56
Черное и белое. Поговорим о поглощении тепла
Обычно рекомендуют летом не увлекаться темной одеждой – она активно поглощает тепло солнечных лучей и возникает риск перегрева. Светлая же, наоборот, отражает тепло. Но в этих утверждениях слишком многое нужно уточнять.
Во-первых, в жару имеет значение не только цвет одежды, но и состав ткани, из которой она сделана, и собственно покрой. В тесной белой одежде, сшитой из плотной синтетики, вы однозначно будете чувствовать себя хуже, чем ваш приятель, одетый в просторные вещи из черного льна или хлопка. Рубашки, брюки и юбки, которые не прилегают плотно к телу, способствуют дополнительному движению воздуха вокруг вас, что в жаркое время года очень кстати. Вы когда-нибудь видели жителя пустыни, одетого в обтягивающие брюки или тесную куртку?
Во-вторых, нужно учитывать вот что. Да, белое одеяние отражает солнечное тепло. Но от нашего тела тоже исходят «потоки» тепла. Получается, что, дойдя до белой футболки или рубашки, это тепло отражается от них и возвращается к нам снова? В таком случае черная одежда окажется предпочтительнее, так как поглотит не только тепло, исходящее от Солнца, но и наше собственное, которое в условиях жаркого лета нам не столь уж важно.
Жители
Пишут и о том, что при нахождении на солнце с непокрытой головой брюнеты подвергаются большей опасности, чем блондины. Да, в какой-то мере это правильно. Темные волосы сильнее поглощают тепло и риск солнечного или теплового удара возрастает. Но находиться на солнце без головного убора не рекомендуется никому – вне зависимости от цвета волос.
Для оценки ощущений в жару имеет значение также влажность воздуха. Но главную роль все-таки играет состояние здоровья
Идеальные модели есть и в научном юморе: сферический конь в вакууме, кошка с маслом, бесконечные обезьяны, эффект Паули.
№ 57
Какой он, идеальный газ? И зачем он нужен?
Сначала давайте выясним, что означает «идеальный». В науке часто используется понятие «физическая модель». Так говорят, когда имеют в виду не какой-то реальный объект, лежащий на лабораторном столе или в пробирке, а скорее созданный учеными образ, пример, обладающий всеми характерными признаками и свойствами того или иного объекта. И идеальным газом принято называть физическую модель реального газа, созданную для понимания и исследования свойств и возможностей вещества. Идеальный газ – это такой газ, в котором взаимодействие между молекулами очень мало: так же, как мал их суммарный объем. А значит, их физическими «взаимоотношениями» при исследовании можно пренебречь.
Такие свойства газа, как подвижность, способность заполнять большие объемы, наличие собственной массы, – были изучены достаточно поздно. К числу первых важных исследований можно отнести открытие уже известного вам Торричелли, доказавшего, что воздух имеет массу и что существует атмосферное давление. Во второй половине XVII столетия был сформулирован закон Бойля-Мариотта, гласивший: «При постоянных температуре и массе газа произведение давления газа на его объем постоянно». То есть давление массы газа при постоянной температуре обратно пропорционально объему этого газа.
В начале XIX столетия Жозеф Гей-Люссак (1778–1850) сформулировал законы расширения газов, а еще через полтора десятилетия ученые выяснили, что газ можно превращать в жидкость путем конденсации. Окончательно же понятие идеального газа и возможности научного «моделирования» с его участием сформулировал Рудольф Клаузиус (1822–1888).
Существует также понятие реального газа – в нем взаимодействие молекул достаточно сильно
№ 58
Тяжело дышать! Что происходит с воздухом в горах?
Существуют определения «высотная болезнь», или высотная гипоксия, развивающаяся из-за кислородного голодания высоко в горах или при полетах на дельтапланах и парапланах, и более узкое понятие «горная болезнь», когда к последствиям недостатка кислорода добавляются еще обезвоживание, переохлаждение, физическая и эмоциональная усталость. Почему же туристы и путешественники в горах подвергаются такой опасности?
Поднимаясь в горы, мы все больше удаляемся от земной поверхности. А значит, уменьшается плотность окружающего нас воздуха. Чем выше слой атмосферы, тем меньше в нем давление: ведь, как мы с вами уже выяснили, воздух тоже может давить! А значит, нижние слои подвергаются более сильному давлению, нежели верхние. И при увеличении высоты воздух становится все более разреженным, в нем все меньше молекул столь необходимого нам для дыхания кислорода.