Александр Дмитриев - Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей

Александр Дмитриев

Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей

Моему папе, Станиславу Борисовичу Дмитриеву, привившему любовь к окружающему миру и помогавшему в создании этой книги, посвящаю.

«Родился в 1961 году. Это год, который вверх ногами читается так же (попробуйте)! Родился маленьким и дохленьким, потом долго занимался спортом и воспитывал характер. Поэтому привык относиться к жизни спокойно и с юмором.

Получил высшее образование в МВТУ им. Н.Э. Баумана (кибернетика) и второе – в Манчестерском университете (социология). Выучил английский, отшлифовал его в английских общежитиях. Выучил испанский и отшлифовал его, работая на стройках в Куэрнаваке, Мексика. По работе и из интереса объездил весь мир, от Китая и Хабаровска до Гаити и Кубы, от 65 параллели на севере до Тропика Рака на юге. Вырастил двоих детей и стал трижды дедушкой. Попал под крушение советской империи. Работал водителем, продавцом пива, преподавателем, плиточником, инженером, телохранителем, переводчиком, редактором, журналистом, диктором на телевидении… и много кем еще. Сейчас работаю в самой крутой компьютерной компании IBM, участвую в крупных проектах по информатизации России. Напечатал более ста работ, научных и журналистских. Обожаю такс, лошадей и разных зверюшек, гулять по лесу, плавать в море… И самое главное: если бы не моя терпеливая жена Людмила, этой книжки бы не было».

Уважаемые родители!

Делали ли вы когда-нибудь в детстве опыты? Наверное, мальчики что-нибудь поджигали, а девочки, скорее всего, практически ничего делать не пробовали.

Но оказывается, что на самой обыкновенной кухне можно увидеть вместе с ребенком ТАКОЕ… Галактики в стакане воды, воздушные потоки и разнообразные физические силы – все буквально под рукой! И одно дело, услышать или прочитать, и совсем другое – сотворить самому. А самое главное, наша книга написана так доходчиво, что понять и запомнить все сможет даже пятилетний ребенок.

Предисловие автора

Мои дорогие читатели!

Я знаю, многие из вас думают: боже мой, какая тоска, эти науки… Сложные законы, заумные формулы, непонятные слова. Одни вынесли это чувство из школы, другие только начинают это чувствовать.

Почему же я обещаю, что физика – это интересно? Да потому, что это потрясающе интересно! Ведь как произошла эта наука? Люди смотрели, как бегут облака, как светят звезды, как горят леса, реки прорывают горные завалы, как греет солнце и растет трава, – и задавали себе вопросы.

ПОЧЕМУ? – это главный вопрос, терзавший человека многие тысячи лет. И вот развилась целая наука для того, чтобы ответить на них. Наука-то развилась, да оторвалась от людей и ушла в заоблачные высоты. И снова человек (обычный, нормальный человек) не может ответить на вопросы об окружающем его мире.

Проверим! Почему, когда смотришь через красное стекло на зеленую траву, она кажется черной? Почему в жаркий день облака сверху кудрявые, а снизу – все словно ножом отрезанные на одной и той же высоте? Почему звезды мерцают (а планеты – нет)? Почему стрела не летит хвостом вперед? Почему за самолетом в небе тянется белый хвост? Ну?! Неужели не знаете? Ведь для этого не нужны формулы или мудреные объяснения. Смело заявляю: все это может понять и запомнить даже пятилетний ребенок. Просто надо ему рассказать доходчиво.

Вот об этом – моя книга. Вперед!

Предварительные пояснения

Окружающий нас мир не имеет границ. Не бывает так, чтобы одно явление было отделено от других. Ток, текущий по проводам, земле, дереву или металлу, или дым, вылетающий к небесам из трубы, прямо или кольцами, или след за моторной лодкой по воде – все подчиняется своим законам. Обычный речной поток «содержит в себе» бездну законов – здесь и те, что описывают поверхностное натяжение, и те, что описывают аэродинамические явления, и закон тяготения (река все-таки имеет склонность течь вниз, не так ли?), и гидравлика, и динамика… Поэтому я не буду классифицировать явления природы, разделять их по специальным главам.

Книга эта будет построена из отдельных маленьких рассказов, так чтобы за каждым поворотом, как и в жизни, моего читателя подстерегала неожиданность. Книгу эту можно читать с середины, с «хвоста», а можно и по порядку. Главное, чтобы мамы и папы, старшие братья и сестры участвовали в опытах, читали книгу вместе с детьми, общались с ними. В конце концов, именно это общение и учит ребенка понимать мир.

Общее построение рассказиков я буду стараться сделать одинаковым: простой опыт или описание явления, всем хорошо знакомого, пояснения, рисунки. Для моих опытов не понадобятся сложные приборы или вещества. Соль, сахар, зеленка, кусочек веревки, обрывок газеты. Как говорят восточные мудрецы – весь мир заключен в капле воды. Я обязательно буду давать объяснение опыта, почему происходит то или иное явление. Все опыты абсолютно безопасны, без взрывов, огня или отравляющих веществ. Используем только то, что бывает в шкафах на каждой кухне. Все опыты я проделал сам, большинство фотографировал. Поэтому уверен, что они получатся.

Дело в том, что очень многие авторы перепечатывают из издания в издание опыты, которые были описаны еще в конце XIX (!) века в книге «Том Тит» (перевод с французского). Часть этих опытов включили в свои книги Я. Перельман и М. Гершезон. Это были великие люди и популяризаторы, низкий им поклон. Однако в более поздних изданиях те, кто перепечатывал описания опытов, зачастую сами их не проделывали. Например, «пульверизатор из соломинки» – стариннейший опыт по закону Бернулли, а вот попробуйте его повторить, в трех случаях из четырех ничего не получится. Я включил в книгу некоторые из этих опытов, если они красивые или просто мне очень нравятся. Я расскажу о многих привычных вещах, которые окружают нас и ведут себя по законам физики. Все опыты я лично проделал сам, кое-что взял у других умных людей, а многое – придумал и испытал. Думаю, лучше всего, если мамы и папы вместе с детьми будут делать опыты. Ведь наука наукой, а главное – радость общения с близкими людьми и друзьями. И надеюсь, что моя книга доставит вам, мой читатель, хотя бы несколько радостных минут общения со своими детьми.

1

Как дерево пьет?

Для опыта нам потребуются: старая газета, чайная ложка, блюдечко, спичка или деревянная зубочистка, зеленка.

Задумывались ли вы над простым вопросом: каким это таким загадочным образом вода из земли попадает на самый верх дерева? Ведь деревья есть под сто метров высоты. Если у тридцатиметровой березы в весеннюю пору срезать веточку на самом верху, из нее закапает сок! Между тем внутри березы нет ни движущихся частей, ни насосов, ни даже легких, которые втягивали бы в себя воздух и поднимали воду. Да и они бы не справились – мы же знаем, что, создавая разрежение воздуха, нельзя поднять воду больше чем примерно на десять метров.

Как же все-таки дерево пьет? Как из-под земли вода попадает на самый верх столетних дубов, корабельных сосен, пирамидальных кипарисов? Есть в природе силы, которые незаметны глазу. Силы эти очень слабенькие на первый взгляд. Казалось бы, они важны для пылинок, муравьев и мошек. Тем не менее эти силы влияют на огромное количество процессов в природе, в том числе на работу всех внутренних органов человека. И мы сталкиваемся с ними каждый день, не замечая их полезной – а иногда разрушительной – работы или не задумываясь о ней.

Проведем простой эксперимент. Возьмите старую газету, чайную ложку, спичку и зеленку (ту, которой мажут царапины). Газета очень важна в нашем эксперименте. Ее надо положить на стол (предварительно сняв со стола скатерть). Если этого не сделать, то обязательно стол будет заляпан зеленкой и мама отберет у вас эту замечательную книгу. На газету надо положить ложечку (ее легче потом отмыть) или блюдечко. Капните в ложечку или блюдечко небольшую каплю зеленки. Теперь тем концом спички, на который не намазана сера, аккуратно коснитесь поверхности капли. Держите спичку вертикально, так чтобы она касалась поверхности капли только своим торцом. Коснувшись, подержите спичку так некоторое время, минутку-другую. Вы увидите, что зеленка будет медленно ползти по спичке вверх, больше всего по углам, меньше в середине ее сторон. Через пару минут отдельные линии могут подняться на сантиметр, а то и больше.

На фото видно, как по палочке «взобралась» жидкость, почти до половины. На фото я показал тот же опыт с деревянной зубочисткой, обломанной на кончике. Теперь можно спичку выкинуть в помойное ведро, а ложку и блюдце – помыть под струей холодной воды с мылом. Надо только помнить, что зеленка – сильнейший краситель и мыть все надо быстро, а то закрасите раковину.

Мы доказали нашим опытом, что дерево, даже мертвое, способно «поднимать» жидкости на определенную высоту. Оказывается, есть особые силы, которые заставляют жидкость подниматься вверх по узкой трубочке или щелке в материале. Закон в целом формулируется очень просто: чем тоньше трубочка, тем выше (дальше) продвинется жидкость. И еще: чем менее вязкая жидкость, тем также выше (дальше) она продвинется. (Здесь речь идет только о тех жидкостях, которые смачивают поверхность, но об этом я расскажу позже.) Так что в двух одинаковых трубочках спирт продвинется выше воды, а в двух разных трубочках спирт поднимется выше в той, которая у́же.