Физика без преград. Увлекательные научные факты, истории, эксперименты

В былые времена аристократы презирали загар, считая его уделом низших сословий, которые много времени проводили на полевых работах

Какой котел нельзя довести до белого каления? Наполненный водой! Вода не даст металлу нагреться выше температуры кипения.

№ 49

Докрасна или добела? Цвета каления

Слышали выражение «довели меня до белого каления!»? Так вот, это вполне научное выражение. В физике и химии «цветами каления» принято именовать цвета, которые приобретает металл, раскаленный до очень высоких температур. Причем определенным температурам соответствуют определенные цвета: так, «вишневый» означает, что сталь раскалена до 770 градусов Цельсия. Ярко-красный соответствует 900 градусам, а вот белый – 1300! И этот цвет находится на самом верху таблицы, которой пользуются металлурги, часто указывающие цвета вместо показателей температуры. Так что если вас довели до белого каления, это серьезно! Уточним еще, что сейчас при высокотемпературных работах с металлом применяется разнообразная бесконтактная аппаратура. А в старину умение разбираться в «цветах каления» было единственной возможностью оценить температуру.

№ 50

Радуга, откуда ты взялась? Секреты появления

Удивительное зрелище – радуга. Огромный многоцветный «мост», словно связывающий землю и небо! Но как возникает это явление?

Наверняка вы замечали, что в большинстве случаев радуга возникает во время дождя или после него, в то время, когда воздух насыщен микроскопическими водяными каплями. Солнечный свет преломляется в капельках, которые играют роль призмы: они разбивают белый солнечный свет на его составляющие – спектр, который мы и наблюдаем. Такое «разбивание» света в физике принято называть дисперсией.

Почему иногда мы видим две радуги, например, одну над другой? Она возникает, когда свет отражается капельками воды дважды. В этом случае цвета спектра второй радуги будут как бы зеркально отражать первую. Есть упоминания и о более многочисленных радугах, но это крайне редкое явление.

№ 51

Удивительные картины: мираж

Миражи восхищали, завораживали и пугали путешественников. Их можно понять! Каково это: устремиться по раскаленным пескам пустыни к прекрасному оазису с пальмами и родниками, а добежав до цели, увидеть, как она тает в воздухе… Так что же представляет собой мираж глазами физика?

Прежде всего это оптическое явление. Мираж возникает тогда, когда в атмосфере присутствуют слои воздуха, резко отличающиеся друг от друга температурой и плотностью. Пустыня – идеальный вариант: благодаря солнцу и горячему песку возникает слой разогретого воздуха. Его плотность по сравнению с другими слоями понижена. На границе этих слоев солнечные лучи преломляются, и на нижний слой воздуха как бы проецируется «отражение» голубого неба. В итоге нам кажется, что перед нами возникла водная гладь: колышущийся горячий воздух усиливает эффект. Но это, пожалуй, самый «примитивный», так называемый «нижний» мираж.

Более интересны и сложны миражи верхние, когда в результате благоприятных условий в виде разнородных слоев воздуха лучи света многократно отражаются от них и перемещаются на большие расстояния, «неся» с собой изображение объекта, который может находиться за сотни километров от наблюдателя! Тогда-то и возникают перед ошеломленным путником дворцы, оазисы и стоящие прямо на песке парусные корабли… Сложные миражи, в которых подчас еще и искажены пропорции реальных объектов, принято именовать «фата-моргана».

Существуют также миражи боковые, когда в роли «теплового экрана» выступает нагретая стена.

Описаны случаи, когда человек, попавший в благоприятные для появления миража условия, видел неподалеку… самого себя

№ 52

Почему небо – голубое? Ответ физика на детский вопрос

А в самом деле, почему? Объяснений на протяжении многих веков изучения физики было дано немало. Но большинство из них впоследствии были признаны несостоятельными. Начнем с того, что во всем, что касается солнечного света и атмосферы, принимают участие явления дисперсии и преломления. Значит, какое-то влияние они оказывают и на цвет неба? Первоначально на этот вопрос отвечали так: мол, атмосфера, состоящая из газов, частиц воды и других микрочастиц, хорошо пропускает только синий цвет спектра. А красные и оранжевые задерживает. Но почему тогда небо не зеленое или фиолетовое, например? Было и такое объяснение: взвешенные в воздухе мелкие частицы пыли, цветочной пыльцы, золы и прочего рассеивают все лучи спектра, кроме синих. Но этот вариант тоже вызывал закономерные сомнения.

Более правдоподобное и обоснованное заключение сделал британский физик Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей) (1842–1919). Он заявил: на цвет неба оказывают влияние в первую очередь не твердые частицы, а молекулы газа. Когда с ними «сталкивается» белый луч солнца, он разделяется на компоненты, которые впоследствии начинают рассеиваться. Из всех цветов спектра самые «длинные» волны у красного, оранжевого и желтого. А самые короткие – у синего и фиолетового. Длина волны влияет на рассеиваемость света, и в итоге в атмосфере остается в восемь раз больше элементов синего цвета, нежели любого другого.

Осталось только придумать, как доступно объяснить это ребенку…

Джон Уильям Стретт является обладателем Нобелевской премии по физике за открытие газа аргон

№ 53

Туманно… Что такое туман и почему он возникает

Туман, который выглядит так загадочно и романтично, с точки зрения физика или метеоролога представляет собой просто частички водяного пара, мельчайшие капельки, «взвешенные» в воздухе. Но при каких условиях он возникает?

Туманы бывают разных видов. Из числа наиболее часто встречающихся принято выделять туманы испарения и туманы охлаждения: в зависимости от того, каким путем они возникли. Первые появляются, когда водоем или сырой участок суши за некоторый период времени накопили тепло. И если воздух в этой местности в данное время по какой-то причине более холодный, чем водная поверхность или пропитанная водой земля, начинается испарение в виде тумана.

Туманы охлаждения представляют собой конденсат. Для их появления необходимо, чтобы воздух охладился ниже так называемой точки росы. «Точка росы» – это температура, при которой относительная влажность становится стопроцентной и начинается образование конденсата в воздухе.

Туманы наблюдаются чаще вечером, ночью и утром, но могут наблюдаться и днем

По «внешнему виду» туманы можно подразделить на поземные, сплошные, просвечивающие – по их названиям легко догадаться, каковы их особенности. Особо хотелось бы выделить необычное и очень красивое явление – ледяной туман. Он возникает в холодное время года и представляет собой не водяную взвесь, а мельчайшие кристаллики льда, парящие в атмосфере.

Специалисты также используют понятие «водность тумана» – оно служит для обозначения массы капелек воды, содержащихся в единице объема. Средняя «водность» туманов – 0,05–0,2 г/м³.

Рекордсменом по количеству туманных дней считается остров Ньюфаундленд. Их там около 120 в году

№ 54

Что-то падает с неба. Физическая основа дождя и снега

Задумывались ли вы, гуляя под теплым летним дождем, что вода, льющаяся с небес, возможно, совершает это «путешествие» не в первый раз? Давайте проследим, как возникают дождевые капли.