Увлекательная физика - Елена Качур 3 стр.

А вот с камешками – не очень.

Я бросил один в воду, и он сразу утонул. И этот тоже. И этот.

– Дядя Кузя, почему же на камень не действует выталкивающая сила?

– Очень даже действует. Но она равна весу воды, вытесненной камешком. А сколько он её может вытеснить?

– Совсем чуть-чуть, он же маленький.

– Но тяжёлый. Его собственная сила веса не так уж мала, и она точно больше силы веса вытесненной воды. Поэтому камешек и уходит на дно.

– Он тонет. А лодка плавает.

– Только прокатиться на ней у нас не получится. Похоже, приближается гроза.

Точно. С озера подул сильный ветер, вода покрылась рябью, а над дальним лесом показалась огромная фиолетовая туча.

Как поднять клад с затонувшего в океане корабля?

Возьми несколько монеток и погрузи их под воду в ванне или тазу. Представь, что это клад. Как поднять его на поверхность? Монетки сами не всплывают, потому что они тяжелее воды. Попробуй сложить монеты в мешок, а в качестве мешка возьми воздушный шарик. Сложи монетки в шарик, завяжи его, опусти на дно и проверь, всплывает ли клад теперь? Не получается? Тогда надуй шарик с монетками внутри, снова завяжи его и опусти на дно.

Всплывает? Да, а всё потому, что объем шарика увеличился, и архимедова сила, которая выталкивает шарик из воды, выросла.

Гроза Удивительное электричество

– Ой! Небо прочертила огненная линия!

– Это молния – удивительное электрическое явление природы.

– Дядя Кузя, я про электричество знаю, оно у нас дома, в розетке. А здесь оно откуда взялось?

– Электричество есть не только в розетке, оно есть везде, где имеются электрические заряды. Сейчас я объясню, что это такое. Ещё древние греки заметили: если потереть о шерстяную ткань камень, который называется янтарём, он после этого начинает притягивать к себе лёгкие предметы – пушинки, волоски.

– Может, это сила тяготения их заставляет притягиваться?

– Нет, Чевостик. Причина в электрическом заряде, который появился в янтаре после того, как его потёрли о шерсть. Позже люди узнали, что электрические заряды бывают двух видов. Для удобства их стали называть положительными и отрицательными и обозначать знаками «плюс» и «минус». Физики говорят, что тела, у которых есть любой электрический заряд, заряжены. Так вот, тела с положительным зарядом, или положительно заряженные, отталкиваются друг от друга.

– А отрицательные?

Противоположные заряды притягиваются, а одинаковые отталкиваются друг от друга

– Тоже отталкиваются. Но если рядом окажутся положительно заряженный и отрицательно заряженный предмет, они, наоборот, притянутся.

– Повторим: разные заряды притягиваются, а одинаковые отталкиваются.

– У заряженных предметов есть ещё одна особенность: вокруг них существует электрическое поле.

– А его можно увидеть?

– Оно невидимо. Но мы всё равно можем его обнаружить. Дело в том, что в электрическом поле маленькие заряженные частицы начинают двигаться, это похоже на движение воды в ручье. Такое движение электрически заряженных частиц называется электрическим током.

– Я знаю, он бежит по всяким проводам.

– Правильнее говорить «течёт». Разные вещества проводят ток по-разному. Это значит, что в одних ему течь легче, в других – труднее. Провода делают из меди. Этот металл очень хорошо проводит ток. Медная проволока надёжно спрятана в середине провода. Снаружи он сделан из материалов, которые ток совсем не проводят.

Движение заряженных частиц в электрическом поле похоже на движение воды в ручье

– А зачем?

– Чтобы никого током не ударило. Наше тело – неплохой проводник, но, если ток вдруг потечёт не по проводу, а по руке или ноге, ничего хорошего не получится. Он нас ударит. И очень серьёзно. Сегодня в любом доме есть множество электроприборов и электрических розеток. Не забывай, лазить в них очень и очень опасно.

– Что ты, дядя Кузя! Я про это давно знаю. А электрический ток умеет течь только по твёрдым вещам?

– Нет. Он может течь и в жидкости, и в газе. Когда ток протекает через какой-нибудь газ, получается электрический разряд. Смотри, прямо сейчас над лесом, на том берегу, сверкнул один такой разряд, а за ним – второй.

– Дядя Кузя, какие же это разряды? Это же молнии.

– Молния и есть электрический разряд, только очень большой – гигантский.

– Ничего не понимаю. Ведь молния берётся из облака. Откуда же в облаках электрический ток?

– Дело в том, что грозовые облака сильно электрически заряжены. Поэтому в таких облаках и рядом с ними существует электрическое поле.

– Тогда всё просто! И понятно, откуда в грозовых облаках берутся разряды-молнии.

– Чевостик, я бы не торопился говорить, что тут всё ясно и понятно. У учёных есть ещё много вопросов о том, как и почему появляются молнии. Изучение этого природного явления продолжается.

И прямо на этих словах в небе сверкнула новая молния! А за ней прогремел гром! И тяжёлые капли застучали по дорожке, по воде. Одна холодная капля попала мне на нос, вторая – за шиворот. Ой, да их не сосчитать, сейчас начнётся ливень!

– Чевостик, бегом в дом лодочной станции!

Хорошо, что она совсем рядом.

– Дядя Кузя! Кажется, успели! И почти не намокли.

– Во время грозы главная опасность не ливень, а молния. Она может ударить в высокое дерево, столб и даже в человека. Поэтому грозу безопаснее всего пережидать в каком-нибудь здании.

И ни в коем случае не находиться во время грозы в воде.

– А почему?

– Грозовой разряд легко доберётся до глупого купальщика, потому что вода рек, морей и озёр хорошо проводит электрический ток. По этой же причине не стоит хвататься за электроприборы мокрыми руками. Хорошо, Чевостик, что мы в надёжном укрытии.

Ещё бы. Здесь тепло и уютно, а за окнами бушует гроза! Кусты гнутся почти до земли, кажется, что ветер вот-вот сорвёт с них все листья. Молния попала прямо в озеро, и почти сразу громыхнуло.

Сделай из бумаги маленький кораблик и помести его в таз с водой. Надуй воздушный шарик и поднеси его к кораблику. Плывет ли кораблик за твоим воздушным шаром? Теперь как следует потри шариком по своим волосам и снова попробуй управлять кораблём. Ты увидишь, что бумажный кораблик будет плыть в сторону шарика. Это происходит потому, что шарик от трения накапливает электрический заряд и начинает притягивать к себе электрический заряд бумаги.

Пережидаем грозу Скорость света и звука. Звуковые волны

– Чевостик, слышал? Гроза совсем рядом, на расстоянии одного километра.

– Дядя Кузя, откуда ты знаешь? Неужели сидя под крышей можно понять, далеко или близко гроза?

– Для того, кто знает физику, это легко. Нужно просто посчитать, сколько секунд прошло между вспышкой молнии и громом. Если гроза прямо над головой, то гром и молния происходят одновременно. Но если разряд далеко от нас, то сначала мы видим молнию и только через какое-то время слышим удар грома.

– Интересно, почему он опаздывает?

– У света и звука разные скорости. Скорость звука в воздухе во много-много раз меньше скорости света.

– А во сколько?

– Примерно в миллион раз.

– В миллион! Вот это у света скорость!

Свет – чемпион мира по скорости. От Луны до Земли он долетает за 1,3 секунды. Человеку понадобится 6255 дней, чтобы пройти пешком это расстояние

– Свет – чемпион мира по скорости. Скоростей выше, чем скорость света, не бывает. Свет пре-одолевает за одну секунду примерно триста тысяч километров. Чтобы дойти от Солнца до Земли, ему понадобится всего восемь минут. Ну, а несколько километров для света такая ерунда, что можно считать, что мы видим вспышку молнии сразу, как только она появилась.

– А гром?

– Гром – это звук, а звук – другое дело. Чтобы пробежать один километр в воздухе, ему потребуется целых три секунды. Секунда – это приблизительно то время, за которое мы произносим «двадцать два». Когда я увидел молнию, то сразу начал считать про себя: двадцать два, двадцать два, двадцать два.

Звук «пробегает» 1 километр за 3 секунды

– И после третьего раза громыхнуло! Посчитаем. Прошло три секунды, за это время звук пробегает один километр, а значит, и гром, и молния были от нас на расстоянии одного километра! Теперь я тоже всегда буду считать, как далеко гроза! Дядя Кузя, я вспомнил вопрос, на который давно хочу получить ответ: откуда берётся гром?

– Когда бьёт молния, она очень сильно разогревает воздух рядом с собой. То, что с ним при этом происходит, можно сравнить со взрывом. Как и при взрыве, во время грозового разряда в воздухе образуются мощные звуковые волны и мы слышим грохот.

– Звуковые волны? А на что они похожи?

– На круги, которые идут по воде, когда ты бросаешь в неё камень. Они разбегаются от места падения, доходят до берега, и если вода спокойная, то можно увидеть, как волна, натолкнувшись на него, разворачивается и бежит по поверхности воды обратно. Так же и звук. Если хлопнуть в ладоши, то от моих ладоней по воздуху пойдёт звуковая волна. Когда она добежит до твоих ушей, ты услышишь звук хлопка.

– А разворачиваться эта звуковая волна тоже умеет?

– Правильнее говорить «отражаться». Встретившись с преградой, звук отражается от неё. Это явление называется эхо. Ты, конечно же, встречал его.

– Конечно. С эхом весело играть: прокричишь ему что-нибудь, а оно несколько раз повторяет конец слова. Получается весело! Например, крикнешь: «Поиграй со мной!» А оно в ответ: «Ой-ой-ой!» А вот если не разговаривать с ним, эхо молчит, никогда первым не начнёт…

Звуковые волны похожи на круги, которые идут по воде, если бросить в неё камень

Эхолот посылает сигнал ко дну и замеряет время, через которое он вернётся назад. Так определяют глубину

– Эхо само по себе не существует, это отражённая звуковая волна твоего голоса.

– Теперь-то я об этом знаю, а тогда удивился. Дядя Кузя, интересно, а в воде эхо бывает?

– Конечно. В воде звук распространяется даже быстрее, чем в воздухе. А когда на пути звуковой волны оказывается преграда, звук, как и в воздухе, отражается – получается эхо.

– А как его услышать?

– С помощью специального прибора, который называется эхолотом. Его используют на кораблях для того, чтобы измерять глубину. Скорость звука в воде давно известна. Эхолот посылает сигнал с корабля ко дну и замеряет время, через которое он вернётся назад. Если известна скорость и время, легко подсчитать расстояние, пройденное звуком. Но для того, чтобы узнать глубину, его надо разделить пополам. Догадаешься почему?

– Потому что звук сначала пробежится до дна, а потом обратно.

– Ай да Чевостик! Верно.

– Дядя Кузя, а через что-нибудь твёрдое звук может пройти?

– Может. Но есть одно препятствие, которое звук, в отличие от света, не преодолеет. Это пустота. Такая, как в космосе. В ней звуковые волны не распространяются. Из-за этого в космосе стоит самая что ни на есть глубокая тишина.

– Почти как сейчас за окном. А гроза-то закончилась. Дождь перестал, и на небе появилась такая красота! Как будто через озеро кто-то перекинул разноцветный мостик!

– Да это же радуга! Сегодня она особенно яркая. Пойдём полюбуемся.

Как получается радуга и почему листья зелёные

Как же красиво! Воздух свежий-свежий, зелень яркая, как будто умытая, тучи разбежались, показалось солнце, а над озером повис разноцветный мост – радуга. Вот бы узнать, как она получается. Надо спросить у дяди Кузи, он наверняка знает.

– Дядя Кузя, а откуда берётся радуга и почему она такая разноцветная?

– О-о! Эта загадка занимала людей очень долго, пока однажды её не разгадал всё тот же Исаак Ньютон.

– И какая разгадка у секрета радуги? Что он открыл?

– Учёный проделал простой опыт и узнал, что обычный белый солнечный свет на самом деле состоит из разных цветов. В своем опыте Ньютон поставил на пути узкого солнечного луча прозрачную призму.

– А что это, на что она похожа?

– На треугольник, который вырезали из толстого стекла. Настолько толстого, что, если этот треугольник поставить на одну из сторон, он будет стоять. Ньютон расположил стеклянную призму на столе, напротив окна. На противоположную стену он прикрепил лист бумаги.

– И что было дальше?

– Из окна прямо на призму упал тонкий луч солнца. Но удивительное дело: пройдя сквозь прозрачную призму, белый солнечный свет стал разноцветным. Когда он попал на бумагу, учёный увидел на ней разноцветный прямоугольник.

– А какие цвета в нём были?

– Самые разные. Они плавно переходили один в другой. Ньютон выделил семь основных цветов, на которые распался белый свет: красный, потом оранжевый, за ним жёлтый, зелёный, голубой, синий и в самом конце – фиолетовый. Эту последовательность цветов учёный назвал спектром. А цвета в спектре идут совсем как в радуге: вверху у неё красная дуга, внизу, ближе к земле, – фиолетовая, а между ними все остальные цвета.

– Дядя Кузя, но откуда же всё-таки берётся радуга? Мне кажется, она как-то связана с дождём.

– Не обязательно. Радуга может появиться около фонтана, водопада или твоей лейки, когда ты поливаешь цветы или грядку. Для неё нужны маленькие капли воды, которые висят в воздухе. А ещё для радуги нужно солнце. Когда его лучи проходят через водяные капли, каждая капелька действует, как призма в опыте Ньютона.

– Так вот в чём дело! Дядя Кузя, а я вспомнил про ещё один свой вопрос. Ты не устал отвечать?

– Ничуть. Спрашивай.

– Почему листья на деревьях зелёные? И почему вокруг нас всё разного цвета: яблоки красные, морковка оранжевая, а подсолнухи жёлтые?

– Потому, что мы их такими видим!

– Вот так ответ! Ты же ничего не объяснил!

Кожура яблока поглощает все цвета, кроме красного. Поэтому мы видим яблоко красным

– Хорошо, попробую растолковать. Всё вокруг нас освещает свет солнечных лучей – тот самый белый свет, который разлагал Ньютон. Разные предметы по-разному поглощают и отражают цвета, из которых этот белый свет состоит.

– Как свет отражается, я знаю – как от зеркальца, а вот что значит «поглощают свет», не понимаю.

– Другими словами, они удерживают свет. Например, очень хорошо поглощает свет чёрный бархат – ткань, у которой одна сторона пушистая, покрытая густым коротким ворсом.

– А чёрная бумага?

– Она тоже поглощает свет, хотя и не так хорошо, как бархат. Ну а теперь займёмся яблоками.

– Это я с радостью! Чур, мне красное.

– Чевостик, ты меня не так понял! Я про цвет яблок. Если всё немного упростить, то можно сказать, что кожура твоего любимого яблока поглощает все цвета, из которых составлен белый свет, кроме красного. Красный цвет от яблока отражается. Поэтому мы и видим яблоко красным.

– Вот так дела! А морковка?

– С морковкой та же история: она поглощает все составляющие белого, кроме оранжевого цвета. Подсолнух – все, кроме жёлтого.

– А листья – все, кроме зелёного! Ещё один ответ на вопрос нашёлся! Теперь я знаю ответы на все вопросы, которые задал в начале путешествия!

– Вот и славно! Думаю, на этом можно закончить наше сегодняшнее путешествие. Выключаю времяскок.

Надуй воздушный шарик, например красный, возьми лист бумаги и фонарик. Посвети фонариком на бумагу в тёмной комнате. Какого цвета окажется бумага? Того же, что и была. Теперь посвети на бумагу через красный шарик. Меняет ли бумага свой цвет? Да, она становится красной. Белая бумага отражает свет, который на неё падает. Красный шарик поглощает любой цвет, кроме красного, поэтому на бумагу попадает только красный свет. Его-то ты и видишь. А теперь попробуй сделать то же самое с шариками других цветов.

Мы снова дома

И времяскок перенёс нас домой. Здесь можно спокойно сесть на диван и вспомнить сегодняшние приключения. Я узнал столько нового! И получил ответы на все свои вопросы. Физика – удивительная наука. Она всё на свете может объяснить!

– Дядя Кузя, как ты думаешь, физика – самая важная и интересная наука на свете?

– Трудно сказать. Существует много разных наук, каждая по-своему нужна и важна. И все они очень интересны. Обещаю в следующий раз рассказать о ещё какой-нибудь науке.

– Ура! Скорее бы в новое путешествие! Я уже сейчас мечтаю о нём!

– Уж эта твоя мечта точно сбудется. И довольно скоро. А теперь пришло время прощаться.

– До свидания!

– До скорой встречи!