Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей
Шрифт:
Однако плотность воды может сильно различаться. В основном это зависит от содержания в воде различных примесей. Чаще всего такой примесью бывает обычная соль. Чем больше соли растворено в воде, тем плотнее вода. В далекой стране Израиль есть целое огромное озеро, вода в котором ужасно соленая – и очень плотная. Человек в этом озере (оно называется Мертвое море) не может даже нырнуть и лежит на воде без надувного матраса! Мы попробуем следующий простой опыт. Возьмем высокую стеклянную банку, нальем воды и положим туда обычное куриное яйцо.
Яйцо опустится на самое дно, потому что его плотность чуть меньше, чем плотность чистой водопроводной воды. Теперь будем бросать
Насыпая соль в банку и растворяя ее, мы изменяли такой важный параметр, как плотность. Все предметы, плотность которых больше плотности воды, будут в ней тонуть. Те предметы, плотность которых меньше, будут всплывать. А те, у которых плотность одинаковая с водой, будут занимать равновесное положение – ни тонуть, ни всплывать.
Яйцо-батискаф. Висит между дном и поверхностью воды.
Здесь есть одна маленькая хитрость. У дна, где больше соли, плотность раствора немного больше. На поверхности, куда соль доходит «с опозданием», – плотность меньше. Поэтому яйцо и зависает посередине, примерно на той границе, плотность воды у которой равна плотности яйца.
Фактически мы получили физический прибор – «плотностеметр», если можно так выразиться!
Теперь становится понятно, почему в море или океане с соленой водой плавать легче, чем в пресном озере. В пресном озере плотность воды меньше и тело не так сильно выталкивается на поверхность.
Некоторые могут сказать: а как же плавают корабли, сделанные из железа? Ведь железо гораздо плотнее воды!
Отвечу. Конечно, железо намного плотнее воды. Если мы возьмем кусок железа и бросим в воду, вряд ли он всплывет – это только в сказках волшебный топор из железа или золота всплывал на поверхность. Но корабли сделаны так, что железо опускается в воду вместе с огромным количеством воздуха (который внутри корабля). Если взять всю массу корабля и поделить на объем вместе с воздухом – то получится плотность, которая меньше плотности воды. Поэтому если в днище корабля образуется пробоина – корабль тонет.
Законы физики не обманешь.
73
Сила в сантиметрах, или Наглядно закон Гука
Для опыта нам потребуются: воздушный шарик, фломастер.
В школе проходят закон Гука. Жил такой знаменитый ученый, который изучал сжимаемость предметов и веществ и вывел свой закон. Закон этот очень простой: чем сильнее мы растягиваем или сжимаем предмет, тем сильнее изменяются его размеры. Или по-научному: изменение длины предмета прямо пропорционально приложенной к нему силе растяжения или сжатия.
Понятно, что разные предметы сжимаются и растягиваются по-разному. Резина легко тянется, а вот мрамор или кирпич почти не сжимаются, лопаются.
Можно ли как-нибудь наглядно «увидеть» действие закона Гука? Я приведу очень простой опыт, в котором мы сможем видеть сразу, как действует сила на предмет.
Возьмем обычный шарик и надуем его. На поверхности нарисуем фломастером клетку. (Я пробовал рисовать шариковой ручкой, и шарик лопнул, изрядно меня напугав.) Получилось как на фотографии.
Шарик с нарисованной клеткой.
Сдутый шарик с лозунгом.
Теперь «сдуем» шарик, и получится резиновая тряпочка с маленькой клеткой, нарисованной на нем. На фотографии видна даже надпись – «Физика – это интересно!».
Шарик растягивается – клетка деформируется. «Гукометр» в действии.
Если мы теперь будем растягивать шарик, прикладывая к нему силу растяжения, мы увидим, как изменяет свои размеры, деформируется наша клетка. Отлично видно, что где приложена сила – там и изменяются геометрические размеры шарика. Можно растягивать шарик в разные стороны сильнее или слабее, а наша нарисованная система координат будет сразу показывать, где и как приложена сила! Можно взять обычную линейку и замерить в сантиметрах размеры клетки, а потом – насколько эти размеры изменились, ровно в такой же степени меняется приложенная сила. Мы получили из шарика прибор, назовем его «гукометр». Прибор для демонстрации закона Гука «вживую»!
74
Капли в банке, или Ядерный взрыв вверх ногами
Для опыта нам потребуются: высокая стеклянная банка или ваза, черная тушь, пипетка.
Вода обычно прозрачная. Мы с трудом можем понять, как движется сама масса воды внутри, если только в воде что-нибудь не плавает. А ведь движение воды изучается очень многими учеными, целыми специальными институтами. Почему? Потому что это очень важно для хорошей работы многих приборов и устройств. Например, понимая, как движется вода, можно лучше управлять кораблями и избежать столкновений. Приведу один пример. Когда два очень больших океанских судна идут рядом друг с другом, а между ними остается узкая полоска воды, возникает особая сила, которая начинает притягивать корабли друг к другу. Пока этого не знали, случались катастрофы именно по этой причине.
Но как разглядеть движение жидкости?
Попробуем проделать очень красивый и простой опыт. Для него нам будут нужны высокая стеклянная банка или ваза и баночка с черной тушью.
Нальем банку водой доверху (я взял высокую вазу, не пожалел для опыта). Поставим на стол (подстелив газетку) и подождем минут двадцать. Вода должна успокоиться и перестать двигаться.
Теперь обычной пипеткой капнем в воду капельку туши.
Поскольку плотность туши больше плотности воды, капля станет опускаться на дно под действием силы тяжести – и начнет образовывать очень занятные формы. Словно огромный осьминог выпускает щупальца! Посмотрите на фотографии.
Теперь внимательно рассмотрим, как именно опускается тушь в воде. Мы видим, что капля разбивается на отдельные струи, которые распространяются в разные стороны. На конце каждой струи формируется что-то вроде кольца или грибка. Это хорошо видно на следующей фотографии, которую я специально обработал так, чтобы лучше было видно форму капель. Если присмотреться, то видно, что многие капли образуют вокруг струи кольцо. Кольцо окружает основную струю, а верхняя часть капли начинает напоминать гриб.