Занимательные опыты, или Чудеса без чудес. Увлекательная физика для маленьких учёных

Под волнами морскими

Многим из вас, вероятно, приходилось слышать о водолазах – людях, спускающихся под воду. Водолазы спускаются в воду очень часто. Иногда приходится спасать затонувшее судно; иногда бывает нужно устроить какоенибудь подводное сооружение. Спускаются водолазы в особом костюме. Этот костюм защищает их от воды; он закрывает всё тело и голову. Чтобы водолазы не задохнулись, к их костюму приделана трубка. Через неё идёт сверху свежий воздух1*.

Сколько опасностей грозит в воде этим бесстрашным людям!

Некогда англичане задумали очистить от камней дно реки Мойн. Они решили взорвать камни. С большим запасом динамита спустился на дно знаменитый в то время водолаз Смэль. Подошёл он к большому камню, пробует, есть ли место, куда положить заряд. Только он засунул под камень руку, как вдруг почувствовал, что её кто-то держит. Водолаз взглянул под камень, да так и обмер от страха: громадный спрут2 крепко захватил его руку своим щупальцем. Что делать? Смэль не растерялся. Он схватил левой рукой железный лом и стал наносить удары чудовищу. Началась борьба. Удары градом сыпались на спрута, но чудовище не выпускало своей жертвы и всё крепче сжимало онемевшую руку несчастного. Наконец спрут, изорванный в куски, отцепился от скалы… Смэль тотчас дал наверх сигнал. Немедленно его подняли, а вместе с ним и его противника.

Много и других опасностей грозит водолазу. А сколько страхов видит он под водой! Однажды большой корабль затонул у самого Нью-Йорка. Все пассажиры погибли. Людям захотелось спасти груз, и они послали водолазов разыскивать его. Спустились на дно два старых и опытных водолаза. Добрались они до корабля, взошли на него и оцепенели от страха. У каюты теснились трупы погибших. Ужас застыл на их лицах. Не помня себя, водолазы дали сигнал. Их потянули наверх. После этого один водолаз бросил совсем своё ремесло, а другой дал зарок – никогда не спускаться на погибшие суда, где есть утопленники…

В старину обязанности водолаза исполняли ловкие пловцы. Они прямо ныряли в воду и доставали оттуда, что нужно. Некогда в Италии жил один из славнейших пловцов. Звали его Николаем. В раннем детстве научился этот человек плавать. Товарищи прозвали его Николаем-рыбой. Нужда заставила пловца заняться ловлей кораллов. Отдавшись этому промыслу, он привык к воде и тяготился долгим пребыванием на суше. Он плавал от одной гавани до другой, от острова до острова и бесстрашно пускался в своё путешествие, когда отважнейшие моряки не решались покидать гавани. Целые дни проводил Николай в открытом море. В море он и закончил жизнь. Вот как это было.

Неаполитанский король Фридрих захотел узнать о тайнах морского дна. Никто из водолазов не решался нырнуть в пучину: место было страшное, вода пенилась и шипела, корабли гибли в этом водовороте. Отказался и Николай. Тогда царь бросил в морскую бездну золотой кубок. Достанется он тому, кто за ним нырнёт! Страшно захотелось Николаю завладеть царским сокровищем. Он нырнул, достал кубок и рассказал королю много интересного о морской пучине. Король приказал Николаю спуститься в море ещё раз и обещал много золота. Снова отважился Николай на страшное путешествие, но более не возвращался… Знаменитый немецкий поэт Шиллер написал прекрасное и трогательное стихотворение «Кубок», темой для него послужила смерть знаменитого пловца Николая.

Теперь водолазу вовсе не надо быть ловким пловцом. Секрет водолазного искусства не в ловкости, а в одежде. Как же эта одежда устроена? Каким образом водолаз остаётся под водой многие часы? Отчего он не захлебнётся? Ответим на все эти вопросы опытом. Устроим игрушечного водолаза.

Ловкий водолаз

Купите в магазине игрушек маленькую фигуру человечка, величиной с полвершка3 (ок. 2 см)4, или, ещё лучше, сами сделайте её хоть из бумаги и раскрасьте. Покажите фигурку товарищам и объявите, что это – ловкий водолаз, он умеет нырять на дно самых глубоких сосудов: спускается в вёдра, в бочки, наполненные водой, и всегда выходит оттуда сухим. Вам никто не поверит. Тогда вы, к общему удивлению, заставите вашу фигурку и на самом деле проделывать все эти штуки.

Рис. 1

Добудьте низкую, неширокую пробку и булавкой укрепите на ней водолаза. Наполните глубокую банку водой и опустите туда пробку. Водолаз, стоя на ней, будет плавать. Пригласите товарищей быть внимательными: водолаз сейчас нырнёт. Накройте его стаканом и спокойно опустите стакан хоть до самого дна (рис. 1). Водолаз, стоящий под стаканом, тоже опустится под воду. Когда вы вытащите стакан, водолаз вынырнет. Посмотрите его, ощупайте, и вы увидите, что он совершенно сух.

Зрители будут удивлены. «Да уж нет ли тут какого-нибудь обмана?» – подумает каждый. Но вы предложите желающим повторить опыт. И сколько бы раз вы его ни проделывали, он всегда блистательно удастся. Конечно, – с кем не бывает несчастий, – ваш водолаз может свалиться с пробки, но это – простая случайность. Его надо хорошенько высушить, посадить покрепче на пробку, и он снова может с успехом нырять. Все будут думать, что водолаз ваш и в самом деле волшебный. Позабавившись недоумением зрителей, вы наконец объясните, в чём секрет.

Рис. 2. Водолазный колокол

Вокруг нас находится воздух. Он наполняет комнаты и дома. Он лежит толстым слоем над землёй. Но он, как и все бесцветные газы, невидим. Слыхали ли вы, как в бурные дни вьюга носится над землёй? Она плачет в трубах, воет, стонет. Суеверные люди говорили, что это леший пугает их рёвом, а в сказках рассказывается, будто в ненастную погоду Баба-яга с шумом ездит по земле. Задумывались ли вы, отчего это на самом деле происходит? Это шумит воздух. Воздух находится везде. Он наполняет и стаканы, и банки, которые мы считаем пустыми. В этом и секрет опыта. Когда вы опускаете стакан в воду вверх дном, вода не может войти в него: её не пускает воздух. Бумажная фигурка остаётся сухой. Как и все тела, воздух занимает место, и в сосуд, наполненный им, нельзя поместить другое тело. Такое свойство всех тел называется непроницаемостью.

Отчего же в стакан наливается вода, если его опускать в воду, повернув боком? Воздух лёгок. Вода его вытесняет, он поднимается и пузырями выходит из стакана. Опустите в воду бутылку горлышком вверх. Вы услышите бульканье и увидите, как из воды поднимаются пузыри. Опускайте бутылку иначе, горлышком вниз. Не будет ни пузырей, ни бульканья. Вода не войдёт в бутылку. Воздух никуда не выйдет.

Рис. 3. Водолаз в костюме

Если сделать очень большой стакан – конечно, не из стекла, а из железа, – то в него можно посадить настоящего человека и опустить в воду. В таком стакане человек будет сидеть, как у себя в комнате. Люди уже давно научились делать такие стаканы. Они называются водолазными колоколами (рис. 2). Находясь в таком колоколе, водолаз может работать на морском или речном дне, например, строить что-нибудь.

Водолазный колокол не всегда удобен для подводных работ. Иногда водолазу нужно ходить на большие расстояния. Потому-то люди придумали водолазный костюм (рис. 3). Главная часть его – шлем. Это – тот же водолазный колокол, но только маленький. Шлем делается из тонкой меди и покрывает всю голову с плечами. Спереди, напротив глаз, в ней делаются окошки с толстыми стёклами. Кроме того, от шлема идёт трубочка наверх, а иногда их делается и две. Через эту-то трубочку и доставляется водолазу воздух. На тело надевается особая прорезиненная одежда, сделанная из цельного куска, сапоги делаются со свинцовыми подошвами. В таком виде водолаз смело идёт в воду. Сверху по трубке пригоняют свежий воздух в шлем, в котором находится его голова. К поясу привязана верёвка, при помощи которой водолаз подаёт наверх сигналы.

Под водой темно. Огонь там не горит, но электричество работает так же хорошо, как и на земле. С электрическими фонарями в руках водолазы видят всё… Теперь люди под водой делают фотографии и снимают видео.

Несгораемая нитка

Приготовьте крепкий соляной рассол. Для этого сыпьте в воду соль, пока она не перестанет растворяться. Опустите в этот раствор нитку, а потом выньте её и высушите. Привяжите к нитке какой-нибудь лёгкий предмет, например кусочек скрепки, свёрнутый в виде кольца. Повесьте его, как показано на левой стороне рис. 4, и зажгите нитку. Нитка вспыхнет, но вам покажется, что она не сгорела: по крайней мере, кольцо не упадёт, а останется на своём месте… Опыт удастся, если предмет будет достаточно лёгким и если воздух в комнате будет находиться в полном покое. Поэтому во время опыта не следует отпирать двери, окна, ходить и т. п.

Почему же кольцо не падает? Нитка, конечно, сгорела: вы видели пламя и дым, вы чувствовали запах гари. Осталась зола и соль, которой была пропитана нитка. Но почему же зола не рассыпалась в порошок?.. Мельчайшие частички тел притягиваются друг к другу; сила, которая сдерживает их, называется сцеплением. Между частичками золы сцепление очень слабое, и потому она рассыпается обыкновенно в порошок. Но вы пропитали нитку солью. Нитка сгорела, соль же сначала расплавилась, а потом застыла. Застывая, она склеила отдельные частички золы. Сцепление между ними увеличилось настолько, что на сгоревшей нитке может держаться лёгкий предмет. Наша нитка не крепка: достаточно лёгкого толчка, чтобы она разорвалась, потому-то опыт и удаётся только при полном спокойствии; другими словами, сцепление между частицами золы невелико: достаточно ничтожного усилия, чтобы его преодолеть.

Рис. 4. Несгораемая нитка

Можно сделать опыт ещё более красивым. Пропитайте солью кусок коленкора и, когда он высохнет, повесьте его на четырёх нитках, тоже пропитанных солью. Возьмите свежее яйцо, сделайте в противоположных концах его небольшие дырки и выдуйте белок и желток. Положите затем яичную скорлупу на вашу коленкоровую подвеску и зажгите её. Коленкор и нитки сгорят, но яйцо не упадёт. Присутствующие сочтут вас настоящим волшебником, особенно если не будут знать, что на подвеске лежит пустое яйцо.

Сцепление действует между частицами всех тел, только в одних случаях оно сильнее, в других – слабее… Сделайте подвеску из бумаги и положите на неё какую-нибудь очень лёгонькую картонную или деревянную вещь. Эта вещь будет превосходно держаться; но положите вместо неё камень – и бумага разорвётся. Стало быть, в бумаге сцепление невелико; действительно, вы можете её легко разорвать или разрезать ножницами. Но возьмите вместо бумаги кусок жести, например крышку от конфетной коробки, и привесьте её на проволоках. На такой подвеске будет держаться довольно тяжёлый предмет: например, вы можете положить на неё утюг… Стало быть, в жести сцепление сильнее, чем в бумаге.

Между частицами твёрдых тел, жидких и газов сцепление действует неодинаково. В твёрдом теле частицы соединены друг с другом настолько крепко, что вы должны с силой оторвать их друг от друга, если захотите изменить форму твёрдого тела. Когда я гну или ломаю кусок дерева, то заставляю частицы двигаться или поворачиваться одна около другой и могу сделать это только с большим трудом. И в жидкостях частицы соединены между собой, но не так крепко: они легко могут скользить одна около другой; поэтому если вы выльете воду из чашки на стол, то она теряет полукруглую форму, какую имела в чашке, и разливается по столу плоским слоем. Наконец, в газе частицы вовсе не связаны между собой, наоборот, они стремятся разлететься. Если газ не находится в плотно закупоренном сосуде, то он скоро распространится по всей комнате.

Как делают стекло

Однажды, рассказывает предание, остановились на песчаном берегу древние финикийские моряки. В дальних странах купили они селитру и везли её к себе на родину в больших кусках. Там продадут они с выгодой свой товар. Утомились путники в дороге и задумали сварить себе обед. Притащили с корабля котёл, развели огонь и стали искать камней, чтобы сложить очаг. Но кругом не было никаких камней: далеко тянулась голая песчаная пустыня. Тогда путешественники принесли с корабля два куска селитры, положили их вместо очага и поставили на них котёл. Скоро поспела вкусная похлёбка. Утолив голод, моряки мирно отдыхали и вели длинную беседу. Говорили они и о пустынном береге, на котором лежали миллионы песчинок.

«Зачем на земле этот песок? – спросил один путешественник. – В море сложены из него мели, корабли наезжают на них и разбиваются. Каравану песок несёт смерть. Целой тучей налетает он на людей и заживо засыпает их. Грозит он нередко голодом и пахарю. Разве родится на песке хлеб? Страшен вид пустыни, расстилающейся кругом нас. Жаром пышет от каждой песчинки, нигде не видно свежего ключа, нечем утолить жгучую жажду. Да, ничего, кроме зла, не даёт человеку песок…»

Моряк кончил свою речь, а товарищи его всё время слушали и соглашались. Все бранили песок, как врага людей.

Огонь погас. Пора было вернуться на корабль. Снимая котёл, моряки заметили с удивлением на земле какое-то крепкое вещество. Оно блестело, как серебро, и было прозрачно, как драгоценный камень.

«Что это такое?! – воскликнули путники. – Откуда взялась эта прекрасная находка?!» Они стали думать и сообразили, что от жара селитра и песок расплавились, смешались и образовали прозрачный камень. Поняли тогда моряки, что и от песка может быть людям польза, что из него можно делать стекло.

Так рассказывает старое предание об изобретении стекла. Вряд ли оно справедливо: песок, смешанный с селитрой, плавится трудно. Но, как бы то ни было, стекло изобретено людьми очень давно. Уже за 3000 лет до нашего времени люди знали его. Но сперва они не умели хорошо плавить песок; стекло было делать трудно, и ценилось оно страшно дорого. В XIX в. в Англии только в главных покоях королевского дворца были вставлены в окна стёкла, а один английский богач, уезжая надолго из своего замка, приказал для сбережения стёкол вынуть их из рам. Путешественники XV столетия с удивлением рассказывают о богатстве немецкой земли: «Там, – говорят они, – почти во всяком доме стёкла».

Много прошло лет, пока люди научились плавить песок. Теперь стекло делается очень просто, и стоит оно совсем дёшево. Песок толкут в мелкий порошок, смешивают его с содой и известью и всё бросают в жаркую печь. Песок плавится и, смешиваясь с содой, превращается в тягучее прозрачное тесто. Это и есть стекло. Из этого теста выдувают бутылки, вытягивают трубки и делают оконные стёкла.

Как гнут стеклянные трубки

Вы знаете, как делается стекло, и не удивитесь теперь, если я скажу, что стеклянную трубку можно согнуть, как вам будет угодно: в дугу, под углом, в кружок. Для этого нужно только её нагреть.

В детстве я часто производил такой опыт. Возьму, бывало, ненужный пузырёк, брошу его в топящуюся печь и заложу дровами. На другой день я находил в холодной золе уже не пузырёк, а просто стеклянный комок, к которому пристали кусочки угля и зола. Этот опыт показывает, что всякое стекло в жару плавится.

Существуют легкоплавкие трубки. Они размягчаются даже в пламени свечи. Если постараться, то найти их не очень сложно. Они пригодятся нам для следующих опытов, а потому поучимся их гнуть.

Держите трубку над пламенем свечи и, чтобы она нагрелась со всех сторон, вертите её между пальцами. Минут через пять отстраните её от огня и быстро сгибайте. Трубка будет гнуться, как восковая свеча или проволока. Если хотите трубку согнуть дугой, нагрейте её на большом расстоянии, чуть-чуть передвигая её вправо и влево. Лучше всего нагревать трубку на газовой горелке или на спиртовой лампе. При согревании трубки на свече старайтесь не прикасаться трубкой к фитилю, иначе она лопнет. Сгибайте трубку без усилия, слегка и не кладите горячей на стол: иначе стол затлеет, а трубка лопнет. Подержите её в руках, пока она не остынет, или поставьте в стакан так, чтобы она касалась его только холодным концом.

Как режут стекло

Плоские оконные стёкла режут камнем – алмазом. Большие и прозрачные куски алмаза ценятся очень дорого. Отшлифованные и гранёные, они отличаются своим блеском и игрой света и называются бриллиантами. Но маленькие и непрозрачные кусочки этого камня стоят сравнительно дёшево. Их вставляют в стальную оправу и используют для разрезания стёкол. На стекло кладут линейку и ведут по ней алмазом, как карандашом. Алмаз оставляет на стекле черту. По этой черте стекло легко ломается.

Стеклянные легкоплавкие трубки режут стальным напильником. Напильником делают на трубке с одной какой-нибудь стороны чёрточку. По этой чёрточке трубка легко ломается. Чтобы края трубки не обрезали пальцев, их оплавляют. Для этого конец трубки держат в огне, пока она не станет совсем красной; края её делаются после этого гладкими.

Прибавить в склянку воды, не наливая её

Не правда ли, задача мудрёная? Разве можно как-нибудь прибавить воды в склянку, не наливая её? Может, за этой задачей скрывается какая-нибудь шутка? Ничуть! Я сейчас вам покажу, что это исполнить легко и просто.

Купите в магазине колбу – так называется бутылочка, или, вернее говоря, графинчик, сделанный из очень тонкого стекла. Если такой графинчик нагревать на огне, он не лопнет.

Запасшись колбой, подберите к ней хорошую новую пробку, которая входила бы в неё совсем плотно. Новая пробка очень тверда. Надо сделать её мягкой. Для этого пробку легонько поколотите молотком со всех сторон. Когда пробка подобрана, сделайте в середине её отверстие. Для этого накалите на огне проволоку докрасна и втыкайте её в пробку. От накалённой проволоки пробка прогорит. Нагревая проволоку несколько раз и втыкая её в пробку, вы можете сделать дырку какой угодно величины. Отрежьте от стеклянной трубки кусок длиной в пол-аршина5 (ок. 40 см) и вставьте его в пробку. Трубка должна быть вставлена очень плотно, а потому дырку в пробке сделайте по трубке. Если между трубкой и пробкой останутся щели, их надо залить сургучом.