Текст книги "Сказочная физика"

Неслышные звуки и летучие мыши

Алекс с Мишуном отправились на вечернюю рыбалку на озеро. Сидели на берегу с удочками и любовались тихим вечером. Спустились сумерки, и над водой замелькали стремительные бесшумные тени – это летучие мыши вылетели на охоту за комарами и мошками.

– Как они их видят в темноте? – удивился Мишун. – Наверное, у них супер-глаза!

– Нет, глазами они видят очень плохо и только у себя под носом. А видеть всё вокруг им помогает звук.

– Какой звук? Ведь сейчас совсем тихо!

– Помнишь, я говорил о неслышных звуках? Летучие мыши издают звуки очень высокой частоты: их голосовые связки могут совершать больше ста тысяч колебаний в секунду! Физики называют такой звук ультразвуком, то есть сверхзвуком. Наши уши не способны воспринимать ультразвук, поэтому ночь кажется нам тихой. Иначе мы бы сейчас такой свист слышали, что просто оглохли бы от шума!

– Тогда хорошо, что мы его не слышим. А как этот звук помогает летучим мышам видеть?

– А ты вспомни эхо в ущелье. Когда звуковая волна встречает преграду, она отражается и возвращается назад – это и есть эхо. Летучая мышь летит и всё время посылает вперёд короткие ультразвуковые сигналы, а потом своими большими ушами ловит эхо. Видел, какие у этих маленьких зверьков большие уши? А ещё они могут быстро-быстро поворачивать свои уши, чтобы улавливать отражённые сигналы с разных сторон. Откуда пришло эхо, с той стороны есть преграда. По времени задержки эха их мозг почти мгновенно вычисляет расстояние до этой преграды. Помнишь, как я считал расстояние до грозовой тучи по времени запаздывания грома? Только летучая мышь делает это гораздо быстрее. И в голове у неё складывается картина окружающего мира. И даже мелкие мошки видны на этой картине!

– Получается, эти мыши умнее нас?

– Ну, наш мозг тоже о-го-го какую работу проделывает, чтобы мы могли видеть мир вокруг. Просто мы собираем информацию о мире глазами, а они – ушами. Кстати, такой способ называют эхолокацией – определением положения с помощью эха.

– А ещё кто-нибудь умеет делать эхо-ло-ка-цию? – старательно выговорил новое слово Мишун.

– Дельфины умеют. Они могут издавать и слышать как обычные звуки, так и ультразвуки. Ведь вода бывает довольно мутной – далеко в ней не разглядишь. А ультразвук может распространяться в воде на несколько километров. Дельфины с помощью эхолокации находят косяки рыб. И некоторые зубатые киты тоже применяют эхолокацию ультразвуком.

– Обидно, что эти животные могут так здорово видеть в темноте или под водой, а мы – нет.

– Люди подсмотрели принцип работы эхолокации у летучих мышей и тоже научились её использовать. Они делают приборы – эхолоты. Эхолот делает то же самое, что и летучая мышь: находит преграды и вычисляет до них расстояние. Его можно поставить на корабль или лодку и тоже находить рыб под водой или измерять глубину.

– Какие, оказывается, летучие мыши полезные, – задумчиво произнёс Мишун. – И комаров с мухами к тому же едят… А я могу что-то хорошее для них сделать?

– Вот если осенью какая-нибудь летучая мышка залетит к нам на чердак, чтобы перезимовать, ты её не бойся и не прогоняй. Ну, а сейчас нам пора сматывать удочки.

– Пока, мышки! Прилетайте к нам на зимовку! – помахал им на прощание Мишун.

Неслышные звуки природы

Среди бела дня небо потемнело. Деревья тревожно зашумели. Под порывами сильного ветра они сгибались чуть ли не до земли.

– Похоже, будет серьёзная буря, – заметил Алекс.

– Она может разрушить наш дом? – испугался Мишун.

– Нет, здесь мы в безопасности.

– А мне всё равно страшно!

– Ты не виноват в том, что тебе страшно, и это вовсе не значит, что ты трусишка. Просто во время бури и даже при её приближении в природе рождаются неслышные звуки. Они имеют очень низкую частоту – всего несколько колебаний в секунду, поэтому их называют инфразвуками, что означает «ниже звука». Инфразвуки порождаются порывами ветра и качанием деревьев, водопадами и огромными морскими волнами, ураганами и землетрясениями. Мир вокруг нас наполнен звуками, которые мы не слышим! Кстати, и в звуках грозы, помимо обычного грома, присутствует ещё и «инфрагром». Он-то и заставлял тебя дрожать и прятаться под одеялом. Вот только от инфразвука под одеялом, увы, не спрячешься – он легко проникает через все преграды.

– А как он меня заставлял бояться, если я его не слышал?

– Мы не слышим инфразвук ушами, но можем чувствовать его всем телом. Что-то в животе начинает неприятно дрожать, сердце замирает, в ушах звенит, а если инфразвук очень сильный, то ушам даже может быть больно. Моряки говорят, что так бывает во время сильного шторма. Но даже когда не больно, чувство непонятной тревоги всё же возникает, даже подташнивать может.

– Мне не нравится такой звук!

– На самом деле он оказывает нам услугу, предупреждая об опасности, – возразил Алекс. – Вот гномы работают под землёй, им же надо знать о приближении землятрясения, чтобы вовремя подняться наверх? Поэтому мы чувствуем инфразвук лучше людей.

– А ещё кто чувствует?

– Многие животные. Медузы и рыбы за несколько часов до шторма уходят от берега далеко в море, чтобы волны не выбросили их на сушу. Грызуны и змеи покидают норы за много часов до землетрясения. Оно ещё только готовится, но земные недра уже начали дрожать, порождая инфразвуковые волны, которые распространяются на очень далёкие расстояния. Тревогу почувствовали и коровы, и кошки, и собаки…

Подумав, Алекс добавил:

– Вообще-то, все чувствуют – и животные, и люди. Но люди не всегда прислушиваются к своим ощущениям – они бывают слишком заняты своими делами. Вот мы с тобой тоже увлеклись разговорами – и ты забыл о своей тревоге.

– Точно, забыл. Интересно, а разговаривать с помощью инфразвука можно?

– Да, некоторые животные могут. Вот учёные раньше думали, что жирафы немые. А потом сделали приборы, записывающие инфразвук, и обнаружили, что жирафы переговариваются, даже находясь далеко друг от друга. Инфразвук удобнее для этого, чем обычный звук, потому что ему не мешают преграды и он распространяется в воздухе на большие расстояния. И крокодилы переговариваются с помощью инфразвука, и бегемоты, и слоны. А ещё оказалось, что слоны могут издавать инфразвуки не только хоботом, но и с помощью ног. Топая своими огромными ногами, они посылают инфразвуковые сигналы по земле и сообщают друг другу о водопое или о хищниках за много километров!

– Вот бы и нам с тобой научиться разговаривать как слоны и жирафы! Тогда бы и нам расстояния были нипочём, – размечтался Мишун.

– У нас с тобой нос не дорос! – засмеялся Алекс. – Обрати внимание: чем крупнее предмет, тем более низкие звуки он может издавать. Вспомни, как тоненько звенит маленький колокольчик и как низко гудит большой колокол. Так что нам за слонами не угнаться.

Мир без трения

– Алекс, помоги мне, пожалуйста, у меня лего-человечек за сундук завалился! – раздался голос Мишуна. В углу гостиной стоял большой старинный сундук с обитой мягким войлоком крышкой. Сундук был заперт, а ключ от него давно затерялся. Мишун любил играть, сидя на мягкой крышке сундука.

– Давай вместе отодвинем его от стены, – предложил Алекс. – Ну, раз-два, взяли!

Гномики навалились на сундук, но он почти не сдвинулся с места.

– Давай ещё разок. Раз-два, двинем!

– И почему он так трудно двигается? – задумчиво спросил Мишун.

– Это из-за трения, – объяснил Алекс. – На поверхностях предметов и на полу всегда есть мелкие, незаметные глазу шероховатости, неровности. Когда мы что-то двигаем, эти неровности цепляются друг за друга и мешают движению. Это и есть трение. Чем тяжелее предмет, тем сильнее он давит на пол и тем труднее его сдвинуть с места.

Сундук удалось немного отодвинуть от стены. Алекс засунул руку в щель между стеной и сундуком, пошарил там и вытащил… Нет, не лего-человечка, а потемневший от времени большой металлический ключ:

– О, это, наверное, и есть пропавший ключ от сундука!

– Давай скорее откроем его и посмотрим, что там! – заволновался Мишун.

Алекс вставил ключ в замочную скважину и с трудом повернул. Крышка открылась. В сундуке лежали толстые книги в кожаных переплётах с золотым тиснением, явно старинные. А поверх одной из книг чуть поблёскивала небольшая тонкая палочка. Мишун сразу схватил её:

– Какая красивая! Можно, я её пока возьму поиграть?

– Ну, возьми, – неуверенно ответил Алекс. Он захлопнул крышку и снова пошарил рукой возле стены:

– Вот твой лего-человечек. А теперь давай задвинем сундук на место, как-нибудь потом подробнее разглядим, что в нём.

Мишун вздохнул. Ему явно не хотелось снова двигать тяжеленный сундук. Он взмахнул рукой, в которой была зажата красивая палочка, и воскликнул в сердцах:

– Вот бы это трение совсем исчезло!

После этих слов палочка почему-то выскользнула из руки, описала дугу в воздухе, упала на пол и заскользила к стене. Мишун бросился её поднимать, но вместо этого заперебирал ногами, словно белка в колесе, не двигаясь с места, пока не потерял равновесие и не упал. После чего заскользил по полу, как по льду, и ударился о противоположную стену. Картина, висевшая на этой стене, закачалась и упала рядом с ним, а гвоздик, на котором она висела, выскользнул из стены, тоже шлёпнулся на пол и заскользил.

– Караул! Трение исчезло! – закричал Алекс. – Наверное, эта палочка волшебная!

Очки с Алексова носа соскользнули на пол, и даже штаны поползли вниз. Он смешно пытался подхватить их руками, но ткань выскальзывала из рук. Алекс даже не пробовал сдвинуться с места, понимая, что это бесполезно: без трения мы и шагу не можем ступить. От малейшего движения руками пуговицы на рубашке тоже норовили выскочить из петель. Весь дом словно ожил и зашевелился. Дверь сама открылась, книги попадали с полки и и заскользили по полу. Сами полки вот-вот грозили упасть, потому что гвозди, на которых они висели, перестали цепляться за стену.

– Мишун, сейчас весь дом развалится! Надо срочно как-то добраться до палочки!

Тут Мишун оттолкнулся ногами от своей стены и рыбкой заскользил по полу – как раз туда, где лежала волшебная палочка. Ухватить палочку пальцами не получалось, но удалось подсунуть под неё ладонь и подкинуть палочку вверх. Пока она летела, Мишун успел быстро-быстро прокричать:

– Хочу, чтобы трение вернулось!

Палочка сверкнула в солнечном луче и скрылась за открытым окном. А гномы почувствовали, что всё в мире снова стало на свои места. Алекс подтянул штаны и пошёл подбирать разбежавшиеся предметы. А Мишун поднялся с пола и изрёк:

– Я понял: всё в природе для чего-то нужно.

Потом гномики долго искали волшебную палочку под окном, но она словно сквозь землю провалилась.

Закон инерции и «Титаник»

Был тёплый солнечный день. Алекс с Мишуном отправились на озеро кататься на лодке.

– Побежим наперегонки через луг? – предложил Алекс.

И гномики помчались, только пятки засверкали. Вдруг Мишун споткнулся о корягу и полетел носом вперёд.

– Дурацкая коряга! Из-за неё чуть нос не разбил, – всхлипнул Мишун.

– Вообще-то это не коряга виновата, а закон инерции.

– Что за закон? – заинтересовался Мишун, передумав плакать.

– Если уж тело движется, то не так просто изменить его движение – повернуть или остановить. Для этого нужно в течение какого-то времени прикладывать силу. Чем больше сила, тем меньше времени ей потребуется для этого изменения. Вот ты зацепился ногой за корягу, и нога остановилась, а туловище ещё продолжало двигаться вперёд по инерции. Так что нога его дёрнула – и ты шлёпнулся.

– Получается, если никаких сил не будет действовать, то моё тело будет всё двигаться и двигаться без остановки?

– Именно так! Причём не только твоё тело – любой предмет: физики привыкли все предметы называть телами.

– Как-то это странно… Самокат останавливается, если перестать толкаться ногой, и лодка остановится, если не грести.

– Потому что на них действует сила трения, она-то как раз и тормозит их движение. Помнишь, как мы сундук толкали и я тебе про трение объяснял?

– Точно! А потом трение исчезло, и я по полу как заскользил!

Гномики дошли до бухточки на озере, где была причалена их лодочка.

– Вот попробуй сам сдвинуть лодку с места, – предложил Алекс.

Мишун изо всех сил толкнул лодку, и она медленно заскользила по воде.

– Видишь, тебе пришлось приложить к лодке силу, чтобы заставить её начать двигаться. Это тоже проявление закона инерции. Он утверждает, что любое тело сохраняет состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока на него не действуют никакие силы.

Гномики забрались в лодку. Алекс грёб и продолжал рассказывать:

– А теперь представь, что вместо нашей лодочки тебе захотелось бы заставить двигаться большущий корабль…

– Ой, у меня, наверное, силы не хватит!

– Да, потому что чем больше масса тела, тем труднее изменить его движение, то есть разогнать, затормозить или повернуть. Люди долго не понимали закон инерции. Они считали, что сила нужна для поддержания движения, а не для его изменения.

– Это потому что у них волшебной палочки не было, как у нас. А то бы – раз! – избавились от трения и всё быстренько поняли.

Какое-то время плыли молча, а потом Мишун спросил:

– Помнишь, мы читали про «Титаник», как он столкнулся с айсбергом и затонул. Там тоже закон инерции виноват?

– Ну конечно! Большой корабль медленно разгоняется и так же медленно поворачивается или тормозит. Дозорный заметил айсберг, когда до него было полкилометра с лишним – это гораздо больше, чем ширина нашего озера. Капитан пытался обойти айсберг, развернув корабль, но не хватило времени для манёвра. Для изменения движения не только сила важна, но и достаточное время её действия.

Когда гномики вернулись домой, Алекс подозвал Мишуна:

– Смотри, я тебе сейчас фокус покажу про закон инерции.

Он положил на столик льняную салфетку, а на неё поставил тяжёлый кувшин. Потом резко дёрнул за край салфетки и сорвал её со стола, а кувшин при этом остался стоять.

– Видишь, сила трения между кувшином и салфеткой действовала очень короткое время, поэтому не смогла вывести тяжёлый кувшин из состояния покоя.

Мишун попробовал повторить фокус, но кувшин поехал вслед за салфеткой, упал на пол и разбился.

– Это ты недостаточно резко дёрнул. У силы трения хватило времени заставить двигаться кувшин.

Из кухни раздался мамин голос:

– Дети мои, если вы намерены и дальше экспериментировать, берите что-нибудь небьющееся.

Какие бывают силы

– Мишун, пойдём снова на озеро, продолжим физику изучать, – позвал Алекс. – Я хочу показать тебе ещё один важный закон: закон действия и противодействия.

Придя на озеро, они отвязали свою лодку и забрались в неё. Алекс поставил лодку близко к берегу и предложил:

– Попробуй прыгнуть с кормы на берег.

Мишун мысленно оценил расстояние до берега: небольшое, вполне можно перепрыгнуть. Он оттолкнулся, полетел… и приземлился в воду возле самого берега. А лодка отплыла чуть дальше.

– Прости, брат, – утешил его Алекс, помогая снова забраться в лодку. – Наука требует жертв. Зато ты увидел закон в действии: не только ты оттолкнулся от лодки, но и лодка оттолкнулась от тебя. Вы оба начали двигаться, причём в разные стороны.

– А почему я не долетел до берега? Ведь он же был совсем близко!

– Потому что от твоего толчка лодка уже начала отплывать. Если бы её кто-то держал, не давая сдвинуться с места, ты бы допрыгнул.

– Так про что этот закон: про меня и лодку?

– Закон про все силы на свете! Действие тел друг на друга всегда взаимно. Невозможно подействовать на что-то силой так, чтобы это что-то в ответ не подействовало на тебя. К примеру, если мы с тобой столкнёмся лбами, больно будет обоим. Физики называют это силой действия и силой противодействия. Закон говорит, что силы действия и противодействия всегда равны друг другу по величине и направлены в противоположные стороны.

– У всех-всех сил есть противодействие? И у трения? Я, кстати, так и не понял, почему я не мог идти, когда трение исчезло.

– Конечно, и у трения тоже. Именно закон действия и противодействия поможет нам разобраться с ходьбой. Для начала давай-ка пройдись по лодке от кормы к носу.

Мишун осторожно пошёл по дну лодки. Она при этом начала потихоньку двигаться в обратную сторону. Алекс комментировал:

– Видишь, при ходьбе ты толкаешь лодку назад, а она в ответ толкает тебя вперёд – и ты можешь идти. Именно трение позволяет вам толкать друг друга. Точно так же ты толкаешь назад землю при ходьбе или при езде на самокате. Вы действуете друг на друга с равными силами. Только ответного движения Земли назад мы не видим, потому что Земля слишком большая, чтобы ты мог сдвинуть её с места.

– Я всё понял! Это как белка в колесе: колесо лёгкое, поэтому оно крутится, когда белка бежит по нему. Но если бы трения не было, белка перебирала бы лапками, а колесо не крутилось.

– Ну, раз ты всё понял, то ответь мне на такой вопрос: Земля притягивает тебя, а притягиваешь ли ты Землю?

– Ну что ты! Я же маленький, а она огромная! Ты сам мне говорил, что Земля притягивает всех-всех-всех, и это называется гравитация.

– Я говорил, что все друг к другу притягиваются. Пойми: ты тоже притягиваешь Землю, причём ровно с такой же по величине силой, как и она тебя. Просто тебе эта сила притяжения кажется большой, ты из-за неё падаешь вниз и не можешь высоко подпрыгнуть. А для Земли сила притяжения к тебе – как если бы тебя комар лапкой ударил. Ты и не почувствуешь! Вот и Земля твоего притяжения не чувствует, то есть не изменяет из-за него своё движение.

– А какие ещё силы на свете бывают? Я уже знаю про трение и про гравитацию. А что ещё?

– Вот ты любишь прыгать на кровати или на батуте. Какая-то сила тебя подбрасывает вверх. Это сила упругости. Она возникает, когда ты сжимаешь пружины матраса, отталкиваясь от них. Пружины стремятся снова распрямиться и подбрасывают тебя вверх. Когда мячик налетает на стенку, он тоже сжимается, как пружина, и сила упругости отбрасывает его от стены. Силы упругости всегда возникают при деформации тел, то есть когда тела изменяют свою форму. А ещё есть электрические и магнитные силы. Но про них расскажу в другой раз.

– Да, хватит на сегодня физики, давай просто кататься.

Ходим, ползём, плывём, летим…

– Значит, для движения всегда надо от чего-то отталкиваться? – снова начал спрашивать Мишун. – При ходьбе я отталкиваюсь от земли, когда плыву – от воды. А от воздуха можно отталкиваться?

– Конечно. Птица машет крыльями и толкает воздух вниз, а сама при этом взлетает.

– А как змея ползает? У неё же нечем отталкиваться, рук-ног нет.

– Ну-ка ложись на пол и ползи, не отрывая тело от пола. Наблюдай, как ты это делаешь.

– Я выставляю вперёд и немного сгибаю по очереди руки и ноги, изгибаюсь и толкаюсь. Точно, извиваюсь как змея!

– А теперь попробуй ползти, как удав: он не извивается, ползёт прямо. Для этого вытяни чуть согнутые в локтях руки вперёд, перенеси на них вес и подтягивай за руками тело. Можешь ещё носочками ног упираться и подталкивать себя.

– Уф, это непросто.

– Да, сильные мышцы нужны, как у удава. И хорошее трение для сцепления разных частей тела с поверхностью. Кстати, простой способ защитить свой дом от змей – постелить мягкие ковры или одеяла. Змеи по ним ползти не могут, потому что трение слишком маленькое из-за гладких ворсинок.

– Алекс, а что делать, если совсем-совсем не от чего отталкиваться? Например, в космосе?

– Тогда то, от чего можно оттолкнуться, надо взять с собой. Космический корабль так и делает: берёт с собой много-много топлива, а потом постепенно сжигает его, а получившийся от этого горячий газ с огромной скоростью выбрасывает назад. Сам же при этом движется вперёд всё быстрее. Это называется реактивным движением. Чтобы разогнаться до космической скорости, космическому кораблю приходится брать с собой топлива во много раз больше собственного веса. Сам корабль небольшой, а ракета с топливом для его разгона просто гигантская! Ну, а когда он уже разгонится до нужной скорости, реактивные двигатели отключают, и корабль летит дальше по инерции. Только чтобы повернуть или затормозить, придётся снова их включить. А сейчас давай-ка мы с тобой запустим ракету с реактивным двигателем! Подожди минутку.

Алекс достал из ящика своего стола упаковку надувных шариков:

– Это и будут наши ракеты.

Он сильно надул один из шариков и зажал пальцами отверстие:

– Когда я открою отверстие, оболочка шарика начнёт сжиматься, выталкивая струю воздуха, и наша ракета полетит. Она будет отталкиваться от этой струи, подобно тому, как лодка оттолкнулась от тебя, когда ты с неё прыгал.

Алекс перестал зажимать отверстие, воздух из шарика стал с шипением выходить – и шарик полетел, совершая кульбиты в воздухе.

Мишун засмеялся и побежал ловить шарик:

– Теперь я буду пускать!

– Хорошо. Но этот шарик будет уже плохо летать – у него оболочка растянута. Бери новый.

Когда младший брат набегался за летающими шариками, Алекс продолжил:

– Между прочим, не только в космосе применяют реактивное движение. Некоторые морские обитатели гораздо раньше людей обзавелись реактивными двигателями. Например, осьминоги и кальмары. Правда, им не приходится таскать с собой тонны топлива – они просто берут его из моря. У них в животе есть большая полость, они втягивают в неё воду через специальную щель. А потом щель запирается, а вода с силой выталкивается через сопло. Реактивные толчки следуют один за другим часто-часто, и кальмар или осьминог разгоняется до бешеной скорости.

– Ну просто живые ракеты! – засмеялся Мишун.