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

Огнедышащая гора в комнате

Недалеко от берегов Италии выставляется из воды крохотный островок Стромболи; на островке стоит гора, такая большая, что занимает весь островок. Над этой горой вечно стоит столб водяного пара; из вершины её летит пепел целыми тучами и льётся накалённая жидкость, блестящая, как солнце, – смотреть на неё больно; от этой жидкости идёт такой жар, что и подступиться к ней нельзя. Жидкость эта называется лавой. Водяной пар, пепел и лава выходят из отверстия, которое находится на верхушке горы. Оно имеет вид как бы воронки и называется кратером. Такая гора, из которой вылетают пар и пепел и выливается лава, называется вулканом.

Вулканы известны в разных странах. Их насчитывают на земле до восьмисот. В России самая большая из них – Ключевская сопка1919
  Все вулканы в России издревле народ называл сопками. Название это происходит от слова «сопеть». Сопка – то, что постоянно шумит, или, по народному выражению, сопит.


[Закрыть] на Камчатке. Высота этой горы больше 5 км; внизу растут деревья, а километра два повыше лежит вечный снег. Кратер находится над снежной линией, и огненная лава с шипением и шумом течёт по снегу. Из Ключевской сопки не всегда течёт лава и вылетает пар. Бывает так, что гора чуть-чуть дымится. Вылетание пепла, пара и лавы называется извержением. Вот как описывалось одно из старых извержений Ключевской сопки: «Началось оно среди тёмной зимней ночи; люди кругом спали. Вдруг послышался под землёй какой-то грохот: что-то гудело и трещало, да так сильно, что все жители соседней деревни проснулись. Не понимая, что творится, они перепугались и побежали вон из домов. Выбежали и видят: стоит над сопкой огненный столб, а над ним облако красноватого дыма. Со страшным треском льётся из кратера расплавленная лава и так сильно блестит, что на сто сорок вёрст кругом всё видно и светло, как в ясный солнечный день. А земля под ногами перепуганных жителей трясётся, точно лодка на волнах разбушевавшейся реки».

Иногда случается, что вулкан совсем потухает. Огненная лава, которая прежде из неё вытекала, застывает и превращается в крепкий камень. Она закрывает совсем кратер. Пройдут годы, застывшая лава и отвердевший пепел раскрошатся в мелкую пыль, и из этой пыли произойдёт плодородная земля. Вырастут тогда на месте прежнего кратера деревья, кустарники, трава, и люди позабудут, что была когда-то по соседству с ними огнедышащая гора. Только одни учёные сумеют сообразить, что текла здесь прежде огненная лава и что застыла она в камень. Вулканы, которые перестали дымиться, называют потухшими, а те, в которых и сейчас бывают извержения, – действующими.

В Италии, на самом берегу моря, около города Неаполя, стоит вулкан, называется он Везувий. Италия – страна тёплая. Небо там чистое, ясное, редко-редко набежит тучка. Отражается небо в море, и вода кажется совсем синей. Растут в этой земле виноград, апельсины, винные ягоды, миндаль и другие плоды. Берега покрыты такими деревьями, каких в наших местах и не встретишь. Стоит там вечная весна, и люди не знают тёплой одежды. Около Везувия находится самое красивое место всей Италии. Издавна заселили его люди, и много городков и деревень раскинулось здесь. Около 2 тысяч лет тому назад никто не считал Везувий за вулкан. Покрыт он был зелёной травой, росли на нём деревья, а на самой вершине стояла деревушка, окружённая пастбищами. У подножия горы лежали большие города. Вдруг послышался подземный грохот и гул, и деревня вместе с пастбищами и виноградниками провалилась внутрь горы. Везувий задымился и стал выпускать пар. Прошло несколько лет, и случилось первое извержение. Оно и уничтожило три города: Геркуланум, Стабию и Помпею.

Если вам удастся раздобыть спирт (хотя бы так называемый денатурированный), вы легко сможете устроить вулканическое извержение в комнате. Возьмите маленький стеклянный пузырёк и наполните его подкрашенным спиртом. Спирт можно подкрасить несколькими каплями чернил2020
  Для этих целей также подойдёт йод.


[Закрыть]^*. Заткните пузырёк пробкой, а в пробке просверлите накалённой шпилькой отверстие шириной приблизительно в 2 мм. Поставьте закупоренный пузырёк в широкую стеклянную банку и засыпьте его песком до самого горлышка. Получится горка. Дырочку в пробке засыпать не надо (рис. 25). Это будет кратер вулкана. Налейте банку водой доверху. Подождите минут десять, и вы будете свидетелем настоящего извержения. Из вершины горы станет столбом подниматься окрашенный спирт. Столб будет расти и расплываться в воде наподобие облака. Издали вы можете принять его за дым. Отчего происходит такое забавное явление? Спирт легче воды. Он всплывает понемногу наверх так же, как пробка, положенная на дно сосуда. Вода проникает в пузырёк на его место. Спирт, попав в воду, понемногу смешивается с ней. Когда весь спирт из пузырька выйдет, то извержение прекратится и вся вода будет уже не прозрачной, а окрашенной в цвет чернил. Если хотите опыт продолжать, налейте в пузырёк новый спирт, а в банку – чистой воды. Тогда снова начнётся «извержение». Конечно, явление, происходящее в банке, только в шутку можно так назвать. Да и горка наша сходна с вулканом только с первого взгляда. Скажите сами, в чём различие?

Рис. 25. Извержение вулкана в комнате

Различие

Вы хотите привести ещё пятое различие и сказать:

Но это не верно. Бывают и настоящие вулканы на дне моря. Когда в них начинается извержение, вода кипит, клубится, пенится, шипит. Из неё вылетают камни и дым. Беда, если корабль попадёт в то место, где происходит подводное извержение!

Откуда взялись на земле вулканы

Прежде чем ответить на этот вопрос, мы сделаем несколько опытов с песком, которым мы так любили заниматься в раннем детстве. Песок нужен самый обыкновенный, но, по возможности, чистый и непременно сухой.

Наполните песком бутылку. Освободите стол от всех вещей. Поверните над столом бутылку вверх дном. Из горлышка её посыпется песок. Держите бутылку всё над одним и тем же местом стола. Из песка вырастет горка. Эта горка будет удивительно правильной формы – настоящий конус. Сделайте на вершине вашей горки небольшое углубление. Чтобы оно вышло аккуратным, поступите так. Чуть смочите водой деревянное яичко или шарик и осторожно выдавите им наверху горки небольшое углубление. Получится модель вулканической горы, которая всегда имеет правильную коническую форму.

Вам не раз приходилось видеть в парках весной огромное множество песчаных кучек, приготовленных для посыпания дорожек. Все они имеют такую же коническую форму и от насыпанной нами горки отличаются только своей величиной. Такую же форму приобретают все сыпучие тела, если только мы будем нагромождать их в одном месте. На дорогах вы иногда можете видеть конические горки щебня, приготовленные для их ремонта.

У вулканов такая же форма. Это заставляет нас думать, что и они составились из какого-то сыпучего тела, которое накапливалось всё в одном месте. Какое же это тело? Очевидно, это был вулканический пепел, выброшенный из кратера во время извержений; других сыпучих тел вулкан не выбрасывает. Учёные действительно удостоверились, что вулканическая гора состоит главным образом из старого пепла и отчасти из лавы.

Нетрудно представить себе, как такая гора появилась. Сначала на том месте, где она выдвигается, возникла в земной коре трещина. Из этой трещины вырвался пар, пепел и камни. Из камней и пепла выросла гора. В конце извержения вылилась лава. Она текла по склонам горы широкими потоками и местами покрыла пепел. Наконец извержение кончилось, лава застыла, и новая вулканическая гора сделалась достаточно крепкой… Через некоторое время произошло новое извержение. Вылетели ещё новые массы пепла, и вылилась новая лава. Горка увеличилась, выросла. Так постепенно, в течение долгих лет она достигла своей настоящей высоты и во время каждого нового извержения понемногу нарастает.

Бывали случаи, что горы внезапно вырастали на глазах людей. Такой случай был, например, в Мексике в 1759 г. Там появился огромный вулкан Хорульо. То же самое наблюдалось и в Италии в 1538 г. Там из пепла и камней у Неаполя выросла гора Монте Нуово. Оба вулкана стоят и по настоящее время.

Песчаные горы

Если вы жили на берегу моря, то, наверное, очень любили гулять по берегу, который весь усыпан чистым мелким песком. Вы замечали, вероятно, огромные песчаные груды, которые громоздятся дальше от берега и носят название дюны.

Чтобы понять, что такое эти дюны, надо побывать на берегу в ветреный день. Что там творится! К берегу бегут огромные волны. Ветер гонит целые тучи песка. А большие дюны точно дымятся. Около деревьев и заборов скапливаются целые сугробы песка. Тут вы легко можете понять, как появляются новые дюны. Песок летит только до тех пор, пока не встретит препятствие. Но около каждого деревца, кустика, камня он скапливается всё больше и больше, и так из него вырастает дюна.

Если вы последите изо дня в день и из года в год над старыми большими дюнами, то заметите, что они передвигаются. Ветер сдувает песок с их переднего склона и перебрасывает его назад. Медленно уходит дюна всё дальше от берега и нередко засыпает всё, что встретит на пути. Бывали случаи, что приходилось переносить на другие места целые деревни, а старые строения совсем скрывались под грудами песка…

Дюны известны во многих местах России. Между прочим, огромные дюны существуют под самым Петроградом2121
  Санкт-Петербург с 18 (31) августа 1914 г. и до 26 января 1924 г. носил имя Петроград, изначальное название вернулось к нему 6 сентября 1991 г.


[Закрыть]^*, около селения Сестрорецк2222
  Ныне город.


[Закрыть]^*.

Дюны не похожи своим видом на вулканические горы, у них передний склон пологий, а задний крутой. Это само собою понятно: при образовании вулкана пепел и камни сыплются сверху, при образовании же дюны песок нагоняется спереди.

Что можно сделать из глины

Раз мы заговорили о песке, то невольно припоминается и глина. Мы их часто видим в природе. Песок мы называем телом сыпучим, глину же следует назвать телом пластическим. Так называются тела, которым легко можно давлением пальцев придать какую угодно форму. Впрочем, сухая, мелко истолчённая глина сыпуча; пластичной становится она только в том случае, если мы смочим её водой2323
  Другим известным пластичным телом является пластилин.


[Закрыть]^*. В детстве вы, вероятно, сами лепили из глины2424
  Или пластилина.


[Закрыть]^* всякие вещички или видели, как это делали ваши маленькие товарищи. При помощи взрослых вы умели приготовить из глины и яблоко, и грушу, и морковь, и гриб.

Вылепленные из глины вещи непрочны и при высыхании иногда дают трещины и рассыпаются. Чтобы они могли долго сохраняться, необходимо их обжечь в особых печах. От сильного жара частички глины оплавятся и слепятся одна с другой; глина превратится в крепкий камень2525
  Пластилин же не может стать твёрдым – от большой температуры он растечётся, а не отвердеет.


[Закрыть]^*.

Человек давно познакомился со свойствами глины и в глубокой древности делал из неё кирпичи и посуду. С этим искусством знакомы и многие из дикарей. Кирпич вылепливается в особой форме, а горшки и прочая посуда изготавливаются на гончарном станке. Это просто столик, который ногой можно привести во вращательное движение. На него кладут глину, и искусный мастер, вращая станок, вылепляет из глины горшки, чайники, чашки, всё, что хотите. И кирпичи, и посуда, после их изготовления, ставятся в особые печи для обжигания, после чего они становятся крепкими. Между прочим, от действия жара меняется и цвет гончарных изделий: так, из синей или серой глины получается красный, коричневый и жёлтый кирпич.

Рис. 26. Мастерская гончара

Очень хорошие белые сорта глины служат для приготовления фаянсовой посуды; фарфор же приготавливается не из одной глины, а из смеси её с мелко истолчёнными камнями: кварцем и полевым шпатом.

Рис. 27. Формовка и отливка статуй; на рисунке видна статуя (слева) и две половины формы

К числу пластичных тел относится и гипс, если мы его разведём водой. Из него можно приготовить интересные вещички, например оттиски монет. Но обыкновенно из гипса при помощи особых форм лепят статуи (рис. 27).

Как выращивать кристаллы

Для этого опыта вам понадобится приготовить густой соляной рассол. Для этого наливают в стакан горячую воду и сыплют туда соль, пока она не перестанет растворяться. Потом берут кусочек тонкой проволоки, обматывают её шерстяной ниткой и на ниточке же опускают её в рассол; чтобы проволока свободно висела в жидкости, на стакан кладут палочку и прикрепляют к ней нитку, которая привязана к проволоке. Наконец, ставят стакан на окно и ждут…

Рис. 28. Кристаллы драгоценных камней 1 – алмаз; 2 – корунд; 3 – циркон; 4 – топаз; 5 – изумруд; 6 – берилл; 7 – турмалин; 8 – гиацинт; 9 – аметист; 10 – гранат; 11 – горный хрусталь; 12 – амазонский камень

В стакане вода испаряется, а соль падает на дно и на проволоку. Через несколько часов вы увидите, что вся проволока усеяна маленькими прозрачными кубиками соли. Опустите её опять в рассол. Кубики соли станут больше – вырастут.

Проволока будет ещё красивее, если, вместо соли, вы возьмёте квасцы; они продаются в аптеке. Если вы приготовите густой рассол квасцов и опустите в него проволоку, то уже на другой или третий день она будет усеяна маленькими кристаллами – так называют правильные блестящие крупинки соли, квасцов и других тел. Если вы подержите её дольше в рассоле, то эти крошечные кристаллики станут большими. Они совсем не похожи на кристаллики соли: соль садилась кубиками, а квасцы растут в виде пирамидок. У каждого камня бывают свои кристаллы.

Можно вырастить кристалл очень большим. Снимите одну крупинку квасцов с вашей проволоки. Достаньте тонкий волосок. Возьмите самый крошечный кусочек воска (меньше булавочной головки), размягчите его между пальцами и приклейте им к кристаллику волосок. Теперь осторожно опустите кристаллик в крепкий рассол квасцов и укрепите его на палочке так, чтобы он висел в жидкости. Поставьте стакан в такое место, где его никто не толкнёт. Пройдёт несколько дней, и кристаллик станет большим. Он немного мутен, но так правилен, что вам не хочется и верить, будто он вырос сам собой…

Итак, мы узнали, что соль и квасцы могут расти и образуют правильные красивые кристаллы. Почти все камни дают кристаллы, часто ещё замысловатее и красивее соли или квасцов (рис. 28).

Удивительные свойства кристаллов

Каждый кристалл обнаруживает прелюбопытные свойства. Если бы вам попался в руки большой кристалл соли и вы стали разбивать его молотком, то с удивлением заметили бы, что он распадается на кубики и, как бы вы ни старались придать обломкам неправильную форму, вам это не удастся2626
  Если постараться, можно купить каменную соль кусками, она очень удобна для опыта.


[Закрыть]. Возьмите горсть крупной кухонной соли и истолките её в ступке в порошок, – положите порошок на стёклышко и рассмотрите его под лупой: перед вами опять крошечные прозрачные кубики! Каждый кристалл, как бы вы его ни разбивали, всегда сохраняет свою правильную форму; она не исчезает даже тогда, когда вы разотрёте его в мельчайший порошок: и в этом случае мелкие кристаллики можно заметить под микроскопом. По этим признакам вы всегда можете отличить настоящий кристалл от какой-нибудь вещицы, огранённой руками искусного мастера. Так, например, если вы возьмёте кубик, вылитый или вышлифованный из стекла, и разобьёте его, то получатся совершенно непохожие друг на друга неправильные куски. Наоборот, вы можете совсем изменить форму соли, например, выточить из неё шарик; но стоит только разбить этот шарик – и перед вами снова кубики.

Снежные звёздочки

Случалось ли вам когда-нибудь внимательно рассматривать снежинку? Если нет, то сделайте это при первом удобном случае. Протяните руку и ждите, пока снежинка упадёт на рукав вашей одежды. Всмотритесь в неё. Она изумительно правильна. Это крохотная, но очень красивая звёздочка. Вооружитесь увеличительным стеклом (лупой). Посмотрите снова на снежинку. Какая дивная картина! Перед вами большая шестилучевая звезда. Вся она состоит из тонких ледяных иголочек, а каждая иголочка – крохотный кристалл. Снова протяните руку. Подождите, пока не упадёт на рукав несколько снежинок. Рассмотрите их. Что за диво?! Снежинки не похожи друг на друга. Каждая из них имеет свой вид, свою форму, но все они – красивые шестилучевые звёзды. Насчитывают целые сотни разных видов снежинок.

Иногда встречаются в природе крупные кристаллы льда. В Сибири иней часто является в виде очень крупных и очень красивых звёзд. Это так называемая куржа. Но ещё замечательнее кристаллы льда в Кунгурской пещере на Урале. Эта удивительная пещера не освобождается ото льда и летом, так как каменная скала, в которой она находится, плохо прогревается солнечными лучами. В пещере этой висят длинными цепями красивые шестисторонние ледяные таблички, и каждая из них состоит из ледяных иголочек.

Очень красивые кристаллы льда вы можете найти в хороший день и в вашей комнате. Присмотритесь к окну2727
  Если у вас старые, не пластиковые окна, они хорошо подойдут для этого наблюдения. Ещё нагляднее будет присмотреться к окнам автобуса или ещё необогретой машины.


[Закрыть]^*. На нем мороз нарисовал удивительные узоры: какие-то фантастические леса, какие-то невиданные растения… Все эти причудливые рисунки на стекле состоят из крохотных ледяных кристалликов, расположенных в удивительном порядке.

Как очистить грязную воду

В детстве меня забавлял такой опыт. Налью, бывало, в стакан чистой воды, положу в неё соль, сахар, глину и всё, что попадётся под руку. Налью немного чаю, кофе, чернил. Получатся помои. Затем эти помои я очищаю и получаю из них чистейшую воду. Как же это сделать?

Прежде всего воду надо процедить через воронку с пропускной бумагой. Для этого из пропускной бумаги вырезают кружок, складывают его вчетверо, расправляют и кладут в воронку. После этого в воронку льют жидкость. Раствор проходит и через бумагу; все твёрдые примеси, в том числе муть и грязь, остаются на бумаге. Такая очистка воды называется фильтрованием, а бумажка, которая служит для очистки, – фильтром. Но этим путём отделятся только подмешанные к воде твёрдые частички. Жидкость всё-таки останется грязной. Для полной очистки надо превратить её в пар, пар собрать и охладить.

Делал я это так. В колбу вставляю пробку с тонкой стеклянной трубочкой, которая изогнута, как показано на рис. 29. Конец трубочки провожу в другую колбу. В первую колбу я наливаю мою мутную жидкость и начинаю её нагревать; вторую колбу я ставлю в лохань с холодной водой и поливаю её холодной водой сверху. При кипячении жидкости образуется пар. Он идёт по трубке во вторую колбу и, охлаждаясь там, снова превращается в жидкость. Все твёрдые тела, которые были растворены в кофе, чае и чернилах, остаются в первой колбе, во вторую перегоняется только чистая вода. Такой перегонкой воды природа занимается в огромных размерах и превращает солёную воду океана в пресную, годную для питья. На море происходит непрерывное испарение. Пар поднимается и охлаждается. Снова падает на землю вода, но уже совершенно чистая. Протекая на земле и под землёй, она растворяет разные вещества и несёт их в море. Так происходит непрерывный вечный круговорот2828
  Об этом круговороте см. в книгах А.П. Нечаева: 1) «По морю и суше», географическая хрестоматия, и 2) «Что окружает нас», хрестоматия по природоведению.


[Закрыть].

Рис. 29. Перегонка воды (левая колба устанавливается на подставке, которая здесь не изображена)

В малых размерах перегонку воды люди производят в лабораториях и аптеках. Такая очищенная вода называется дистиллированной водой. Перегонять в колбах было бы слишком долго и хлопотно. А потому кипятят воду в больших котлах (кубах), а охлаждают в особых холодильниках.

Глава II
Загадочные картинки и обманы чувств

Загадочные картинки

«Что за безобразный рисунок!» – воскликнете вы, посмотрев на рис. 30. Дом кривой – внизу узкий, кверху расширяется. Беседка падает, деревья растут боком. А люди? Посмотрите на женщину, изображённую на рисунке слева: она, бедная, сейчас упадёт! Идущие под руку с правой стороны рискуют разбить себе затылок. Нисколько не лучше должно быть положение людей, живущих в доме. Словом, хоть картинка нарисована и отчётливо, но художник, наверное, сумасшедший. В таких домах жить невозможно, а если рискнуть прогуляться по тротуару, то, чего доброго, придётся на всю жизнь сделаться калекой.

Но не торопитесь сердиться на художника. Подумайте лучше, нельзя ли найти такую точку, с которой бы наш рисунок казался правильным. Художник вовсе не сумасшедший: он просто захотел с вами пошутить. Ваше дело – разоблачить его секрет. Если же вы не можете сделать это сами, я помогу вам.

Вооружитесь карандашом и линейкой. Выберите на рисунке две какие-нибудь косые линии, например два края дома, и продолжите их карандашом по линейке вниз, пока они не пересекутся. Карандашом ведите слабо, чтобы не испортить рисунка. Отметив точку пересечения, можно сами линии стереть. Посмотрите теперь на рис. 31. Вырежьте из толстой бумаги такую фигурку, какая там изображена. Перегните её по линии В и поставьте на загадочный рисунок так, чтобы точка, в которой пересекаются косые линии, лежала как раз под дыркой А, сделанной в полоске бумаги. Закройте левый глаз и смотрите правым в дырку.

Рис. 30

Что за странность? Всё переменилось… Загадочность постройки исчезла, беседка не падает, трубы из длинных сделались короткими. Все опасности, которые грозили прохожим, пропали: люди идут прямо и, по-видимому, в добром здоровье достигнут цели своего путешествия.

Рис. 30

Этого мало… Рисунок сделался словно выпуклым, ожил, стал интереснее… Перед вами не просто картинка, а какая-то панорама.

Конечно, такая перемена произойдёт только в том случае, если бумажка по величине будет совсем такая, как на рис. 31.

Секрет художника найден. Но вам хочется знать, почему картина обладает такими странными свойствами. Я скажу вам, что изображения подобного рода часто получаются на фотографиях воздухоплавателей, когда они с небольшой высоты фотографируют высокое здание, держа камеру наклонно к земле. Наш рисунок сделан художником таким, каким здание должно было бы представиться ему при рассматривании с такой высоты. Художник мысленно поместил свои глаза над зданием, немного сбоку его, и соответственно такой необычной «перспективе» мы, при рассматривании этого рисунка, должны также помещать глаз лишь в определённой точке, чтобы взгляд встречал его под определённым углом, – только тогда рисунок производит натуральное впечатление.