Физика на каждом шагу - Яков Перельман

Шар этот поднялся без людей. Спустя несколько месяцев состоялся и подъем первых живых «пассажиров»: это были курица, утка и баран.

Вы уже знаете, что в наше время шары наполняются не нагретым воздухом, а другими газами, которые сами по себе, даже и не будучи нагреты, легче воздуха.

Полет первого воздушного шара в России состоялся в Москве уже спустя год после сейчас описанного французского подъема, весной 1784 г. Московская газета того времени писала:

«Воздушный шар начал подниматься пополудни в 1-м часу между 20 и 25 минутами и менее нежели в 5 минут взошел выше 500 сажен (1 000 метров) и продолжал хождение свое так, что в 2 1/2 часа видели его весьма малым и можно было заключить, что он отстоял от земли на 1 500 сажен (3 километра). Он упал перед захождением солнца в 7 часов, от Москвы за 27 верст по Калужской дороге».

Какие дрова выгоднее?

Самыми «жаркими» дровами принято считать березовые; за кубометр березовых дров охотно платят поэтому дороже, чем за кубометр дров других пород. Правильно ли это?

Безусловно верно то, что березовое полено дает при сгорании больше теплоты, чем такой же величины полено сосновое или осиновое. Но если станем сравнивать количество тепла, получаемого не от кусков одинаковой величины, а от кусков одинакового веса, то выйдет совсем другое. Окажется, что килограмм древесины, безразлично какой породы, дает всегда одно и то же примерно количество тепла. Так как березовая древесина заметно тяжелее сосновой, еловой или осиновой (при одинаковой степени сухости), то понятно, почему мы считаем березу «жарче» сосны, ели и осины. Кубический метр березовых дров должен давать во столько раз больше тепла, чем осиновые, во сколько раз береза тяжелее осины. Если знать, сколько весят кубический метр дров различных пород, то нетрудно рассчитать, сколько именно стоит переплачивать на березе по сравнению с дровами других пород. Вот вес кубометра сухих дров трех пород:

Березы……………….. 500 кг

Ели………………….. 400 кг

Осины………………… 360 кг

Березовые дрова тяжелее еловых на 20 %. За березовые дрова выгодно поэтому переплачивать 20 % по сравнению с елью, но никак не больше. Покупая дрова при наличии выбора, надо всегда соображать, отвечает ли соотношение цен соотношению весов, и в зависимости от этого решать, какую породу выгоднее купить для отопления.

Лед в бутылке

Легко ли зимой получить бутылку льда?

Казалось бы, что может быть легче: налить воду в бутылку, выставить за окно и остальное предоставить морозу. Холод заморозит воду, и получится бутылка, полная льда.

Рис. 83. Замерзая в бутылке, вода разрывает ее.

Почему?

Однако, если вы выполните этот опыт, то убедитесь, что дело не так просто. Лед-то получается, но бутылки уже не оказывается: она раскалывается под напором замерзающего льда. Происходит это оттого, что вода, замерзая, заметно увеличивается в объеме, примерно на десятую долю. Расширение происходит с такою силою, что не только закупоренные бутылки лопаются, но даже и у открытых бутылок откалывается горлышко от напора расширяющегося под ним льда; вода, замерзшая в горлышке, превращается словно в ледяную пробку, закупоривающую остальную часть жидкости.

Сила расширения замерзающей воды может разрывать не только стеклянные стенки посуды. Ей уступает даже железо. Вода на морозе разрывает 5-сантиметровые стенки железной бомбы. Неудивительно, что часто разрываются водопроводные трубы, когда в них замерзает вода.

Расширением воды при замерзании объясняется и то, что лед на воде плавает, а не падает на дно. Если бы вода при затвердевании сжималась, как почти все другие жидкости, то лед, образовавшись в воде, не плавал бы на ее поверхности, а тонул. И тогда мы лишились бы тех услуг, которые доставляет нам каждую зиму,

… Батюшка – морозНаш природный, наш дешевыйПароход и паровоз.

Перерезать, оставив целым

Вы, вероятно, слыхали, что куски льда под давлением «смерзаются». Это не значит, что они замерзают еще сильнее, когда на них давят. Как раз наоборот: при сильном давлении лед тает, но едва образовавшаяся при этом холодная вода освобождается от давления, она снова замерзает (потому что температура ее ниже нуля градусов). Когда мы сдавливаем куски льда, происходит следующее. Концы тех выступающих частей, которые соприкасаются между собой и подвергаются сильнейшему давлению, тают, образуя воду при температуре ниже нуля. Вода эта уходит в стороны, в мелкие пустые промежутки между выступами; не испытывая там повышенного давления, она тотчас же замерзает, спаивая таким образом осколки льда в один сплошной кусок.

Проверить сказанное вы можете на красивом опыте. Выберите ледяной брусок, обоприте его концы на край двух табуретов, стульев или каким-нибудь другим способом.

Поперек бруска перекиньте петлю из тонкой стальной проволоки сантиметров в 80 длины, толщиной в полмиллиметра. К концу проволоки привесьте пару утюгов или какую-нибудь другую тяжелую вещь, весом килограммов 5—10. Под давлением груза проволока врежется в лед, медленно пройдет через весь брусок, но… брусок не распадется. Берите его смело в руки: он совершенно цел и крепок, словно его и не разрезали.

Рис. 84. Лед под сильным давлением тает даже на морозе

После сказанного раньше о смерзании льда вы поймете, в чем разгадка этого странного явления. Под давлением проволоки лед таял, но вода, перейдя поверх проволоки и освободившись там от давления, тотчас замерзала. Короче сказать, пока проволока резала нижние слои, верхние снова смерзались.

Лед – единственное вещество в природе, с которым можно сделать 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. Куда ни ступит нога конькобежца, всюду она превращает тонкий слой льда под сталью конька в воду, которая, освободившись от давления, вновь замерзает. Поэтому, хотя лед в мороз и сух, но под коньками он всегда смазан водой. В этом и причина его скользкости.

Почему поет самовар?

Отчего происходит певучий звук, который издает самовар, перед тем как вода в нем закипит?

Вода, непосредственно прилегающая к трубе самовара, превращается в пар, который образует в воде небольшие пузырьки. Как более легкие, пузырьки эти вытесняются окружающей водой вверх. Здесь они попадают в воду, температура которой ниже 100°. Пар в пузырьках охлаждается, сжимается, и стенки пузырьков под давлением окружающей воды смыкаются. Итак, перед началом кипения пузырьки, все более и более многочисленные, поднимаются вверх, но ее доходят до уровня воды, а с легким треском смыкаются по пути.

От этих-то многочисленных потрескиваний и происходит шум, который мы слышим перед закипанием. Английский физик У. Браг сравнивает щелканье смыкающихся стенок пузырька с ударом двух кусков стали, «а потому, – пишет он, – в чайнике (самоваров в Англии нет) поднимается шум, похожий на непрерывно следующие друг за другом удары крошечного молота: ведь эти удары передаются водой металлическим стенкам, да и у самих стенок происходят такие же удары».

Когда же вся вода в самоваре или в чайнике нагреется до температуры кипения, пузырьки перестают смыкаться, проходя через толщу воды, и «пение» прекращается. Едва однако самовар начнет остывать, условия для возникновения звуков появляются опять, и пение возобновляется.

Вот почему самовары и чайники поют только перед закипанием и при остывании; кипящий же самовар никогда не издает этого певучего звука.

Можно ли увидеть пар?

Вы уверены, конечно, что видели водяной пар уже много раз, видите его ежедневно. Между тем, видеть водяной пар совершенно невозможно, как нельзя видеть воздух. Дело в том, что пар, настоящий пар, прозрачен и невидим. Тот белый дымок, который вырывается из носика чайника, или те белые клубы, которые выпускает паровоз, – вовсе не пар в строгом смысле слова, хотя его так называют в обиходе. Это туман, а не пар. Чем отличается туман от пара? Пар – газ прозрачный и невидимый; туман же – газ, сгустившийся в мельчайшие водяные капельки, которые, как пылинки, парят в воздухе и, как пыль же, делают его непрозрачным. Туман белого цвета по той же причине, по какой бел снег: всякое мелкое, раздробленное прозрачное вещество (в снеге – лед, в тумане – вода) имеет белый цвет.

Итак, тот пар, которым мы пользуемся в технике как источником энергии, совершенно невидим, – все равно, будет ли это пар «насыщенный» (т. е. не могущий уже при своей температуре заключать больше влаги в отведенном ему пространстве) или «перегретый». Если вы желаете в этом убедиться, взгляните в кочегарке на водомерное стекло – трубку, показывающую уровень воды в паровом котле. Вы увидите в трубке воду, но над водой не заметите ничего. А между тем всю верхнюю часть трубки над уровнем воды занимает пар – тот самый пар, горячий и сжатый, который образуется в котле и работает в паровом цилиндре. Если бы вы могли проникнуть взглядом в паровой цилиндр, то увидели бы странную, неожиданную картину: поршень быстро снует вперед и назад, а того пара, который его толкает и является источником работы всей машины, совершенно не видно.