Текст книги "Первая научная лаборатория. Опыты, эксперименты, фокусы и беседы с дошкольниками"

Опыт 9. Нагрев лучами

В тонкостенный стакан с водой опустите спиртовой термометр. (Наверное, он сохранился в ванных комнатах квартир, где купали малышей. Таким термометром еще измеряют температуру воды в аквариуме). С помощью большого плоского зеркала постарайтесь постоянно некоторое время направлять солнечный зайчик на воду. Внимательно рассмотрите и зарисуйте шкалу термометра до начала эксперимента и после его окончания. Если спиртовой столбик пополз вверх, значит, вода нагрелась. А зеркало? Прикоснувшись к поверхности зеркала щекой, вы сможете дать правильный ответ.

Опыт 10. Тайна исчезновения и появления «тайны»

Не замечали ли вы во время купания в ванной комнате, как поверхность зеркала становится матовой, и вы уже не видите свое изображение в нем. Попробуйте на поверхности этого зеркала указательным пальцем, как кисточкой, написать большими буквами слово «тайна». Через некоторое время после купания зеркало просохнет и снова будет отражать свет, а ваша надпись исчезнет. Каким же будет удивление, когда в следующий раз, купаясь в ванне, вы снова увидите на запотевшем зеркале прежнюю надпись. «Тайна» вновь станет зримой. Сразу нелегко сообразить, в чем тут дело. Если всякий раз, купаясь в ванной, вам захочется повторить этот эксперимент, а однажды злополучную надпись вы догадаетесь сделать чистой от красок кисточкой, то, возможно, поймете секрет исчезновения и появления «тайны».

Старение зеркал

Вы уже знаете, что отражающие пленки, покрывающие заднюю поверхность стекла в зеркалах, содержат сплавы металлов ртути, хрома, алюминия, свинца, серебра. Со временем состав этих сплавов изменяется. Кислород и водяные пары из воздуха, проникая сквозь щели и царапины в защитном слое лака, окисляют металлы и разрушают сплавы. Зеркало постепенно тускнеет, на нем начинают появляться трещины и «морщины». А чем больше «морщин», тем старше зеркало, тем хуже оно может работать (отражать свет).

Берегите зеркала от влаги и перепада температур. Не снимайте и не царапайте заднюю стенку!

Бесконечные зеркальные отражения

Чтобы комната казалась больше, в ней часто ставят большое зеркало. Вся комната отражается в нем и таким образом как бы удваивается. Конечно, для полной иллюзии нужно, чтобы зеркало было очень хорошим и совершенно чистым, чтобы оно ничем не выдавало себя. Если и противоположную стену комнаты сделать зеркальной, то она покажется бесконечной.

Отражение одного зеркала повторится в другом, затем опять в первом – и так, пока лучи совершенно не ослабеют и не сольются где-то в бесконечной дали. Вы могли наблюдать подобное в фойе театра, салоне парикмахерской, гостиницах. Давайте воспроизведем описанную ситуацию в небольшом масштабе.

Опыт 11. Параллельные зеркала

Подберите два одинаковых, но не очень маленьких зеркала. Закрепите их на столе одно против другого, а между ними установите свечу. Чем больше размеры зеркал, тем большее количество свечей вы видите в каждом зеркале. В первом зеркале, в которое мы смотрим, видно не только зеркальное отражение поставленной свечи, но и второе зеркало с отраженной в нем картиной. Так возникают попеременно все новые и новые зеркальные отражения.

Как сделать калейдоскоп

Долгую и интересную жизнь прожил шотландский физик Дэвид Брюстер. Почти двадцать лет он редактировал «Эдинбургскую энциклопедию» (энциклопедия – справочное научное издание, содержащее упорядоченный свод разнообразных знаний). Много лет он преподавал в университете. Д. Брюстер участвовал в организации Британской ассоциации развития наук и свыше 30 лет был ее президентом. Его избрали почетным членом Французской и Российской академий наук.

Долгие годы его занимали загадки света. В физике хорошо известен закон Брюстера. Но немногие знают, что Дэвид Брюстер наряду с линзами для маяков, подковообразным электромагнитом и стереоскопом в 1817 г. изобрел очень интересную, простую и занимательную детскую игрушку, основанную на принципе многократных отражений в плоских зеркалах, – калейдоскоп. Название происходит от двух греческих слов и буквально означает красивый вид. Действительно, когда смотришь в торец трубки, внутри которой узкие зеркальные пластинки, то разноцветные стеклышки между зеркалами, отражаясь в них, создают великолепные цветные картинки. Вращая трубку, вы меняете взаимное расположение стеклышек, и «живые» картины симметричных узоров сменяют друг друга.

Сделать калейдоскоп несложно. Особенно с помощью старших. Сделайте картонную трубку длиной 25 см и внутренним диаметром 8 см. Три полоски тонкого стекла такой же длины и шириной 7 см закрасьте черной тушью или заклейте фольгой (если нет плоского зеркала). Вставьте в трубку три полоски так, чтобы одна из них была повернута вовнутрь треугольника. Эта черная стенка вставляется для того, чтобы не слишком путать картину бесчисленными отражениями. Закрепите стекла, чтобы они не двигались во время вращения трубки. Один конец трубки заклейте кружком с маленьким отверстием посередине для глаза. Подыщите круглую коробочку с диаметром немного большим, чем диаметр трубки. В крышке и дне этой коробочки следует вырезать круглые отверстия на всю их величину. Оставьте только узкие края. Дно коробочки заклейте прозрачной, но крепкой бумагой, а крышку – стеклянным кружочком. Коробочка получится с прозрачной стеклянной крышкой и с пропускающим свет дном. Крышку наденьте на трубку калейдоскопа. Теперь насыпьте в коробочку разной пестрой мелочи – разноцветные бусинки, цветные стеклышки, маленькие пуговицы – и направьте трубку на свет. Посмотрите в маленькое отверстие и попробуйте изменять наклон и вращать трубку вокруг оси. Если же вам купили готовый калейдоскоп и вы достаточно поиграли с ним, очень полезно разобрать его и собрать снова. Можно наполнить его новым содержимым. Как следует из нашего предыдущего рассказа, самостоятельное изготовление даже простой детской игрушки явится серьезным научным достижением, за которым непременно последует открытие собственных законов.

Простой оптический прибор – перископ

Ни одна подводная лодка, ни один танк или наблюдательный пункт не могут обойтись без перископа (название его произошло от греческого слова, означавшего «смотрю вокруг», «осматриваю»). Этот оптический прибор позволяет следить за тем, что происходит вдали от наблюдателей, не обнаруживая себя, измерять расстояния до наблюдаемых объектов, определять горизонтальные и вертикальные углы на местности.

А состоит простейший перископ всего из двух плоских зеркал, поставленных под углом друг к другу на некотором расстоянии. Перископ можно сделать самому. Уверяем вас, что те небольшие хлопоты, которые вызовет изготовление прибора, окупятся удовольствием наблюдать ранее недоступные объекты. Вы сможете легко узнать, что лежит на высоком шкафу, кто идет за углом здания, находясь в недоступном для прямого наблюдения месте. С помощью двух соединенных перископов можно видеть сквозь каменную стену.

Свет в лабиринте

Для всех привычно, что лучи от Солнца или любого другого источника света разбегаются во все стороны по прямым линиям. Маленькое зеркальце способно заставить быстролетящий лучик изломать линию своего движения, превратить прямую линию в ломаную. Люди научились использовать эту способность зеркальной поверхности отражать лучи. В современной технике широко используются световоды. В них свет распространяется по любой линии, отражаясь от внутренних стенок, как от зеркал.

Особенность современных световодов – световой луч в них не теряет своей яркости, не меняет толщины. Световоды помогают врачу заглянуть в желудок больного человека, инженеру – увидеть внутреннее строение труднодоступных для взгляда устройств. Они используются в вычислительной технике, современных средствах связи для передачи изображения на большие расстояния.

Мир зеркал

Мы рассказали вам о некоторых простых опытах с плоским зеркалом. Между тем зеркала – основная часть точных измерительных приборов, кино– и фотоаппаратуры, медицинского оборудования, телескопических биноклей, солнечных нагревателей. Чувствительные зеркала, которыми снабжены сейсмографы, записывают на фотобумаге отраженным световым лучом колебания земной коры. Моряки используют зеркала в секстантах, которыми они нацеливаются на солнце, чтобы определить положение своего корабля. Плоские зеркала используют в лазерах и на космических кораблях. Подвешенные на тончайших нитях зеркала показывают, что между всеми телами существует слабейшее взаимодействие, не поддающееся обнаружению никакими обычными способами. Не поддается и полному перечислению использование зеркал человеком. Нам же лучше всего знакомы зеркала, которые применяются в быту, театре, на транспорте.

Обратите внимание, сколько плоских зеркал использует водитель автобуса?

Пять вопросов…

1. Чем объясняется блеск хорошо начищенной обуви?

2. Почему искрится и сверкает на солнце снег? («Словно, как тающий сахар блестит», – Н.А. Некрасов.)

3. Почему рассветает значительно раньше, чем взойдет солнце?

4. Почему днем из комнаты через окно видно все, что происходит на улице, а с улицы трудно разобрать, что находится в комнате?

5. Почему вечером из комнаты плохо видна улица, и наоборот, хорошо видна освещенная комната?

…Пять ответов

1. Обувная мазь при тщательной полировке сапожной щеткой заполняет неровности, делая поверхность зеркально гладкой, а потому хорошо отражающий свет. Постарайтесь до блеска начистить обувь и металлические пуговицы своей школьной формы.

2. Среди множества снежинок, расположенных в беспорядке, всегда найдутся такие, которые, располагаясь в одной плоскости, подобно зеркалам, отражают свет в одном направлении. Блестки на платье создают тот же эффект.

3. Это происходит потому, что лучи солнца, находящегося над горизонтом, отражаются и рассеиваются верхними слоями воздуха, окружающего землю.

4. Лучи света через прозрачное стекло проникают внутрь помещения и почти не отражаются. Стены же домов отражают свет, поэтому даже в солнечный день окна зданий кажутся темными. Подойдите к окну и убедитесь в этом, глядя на противоположное здание.

5. Вечером из окон падает свет, а улица не освещена.

Неразгаданных тайн плоского зеркала для вас теперь осталось немного меньше. В одной мудрой книжке написан ответ на вопрос: «Что значит что-то знать?» Вот он: «Это значит, что неразгаданных тайн становится все меньше и меньше». Выходит, что вы уже кое-что знаете о плоском зеркале.

Колесо

В опытах участвуют:

• колеса разных размеров и форм;

• настольная лампа;

• санки;

• механические часы;

• листы белой и цветной бумаги, картон;

• пластмассовая бутылка;

• деревянные палочки;

• стакан, банка, блюдца, крышки, монеты;

• книги, кусочек киноленты;

• карандаши: длинные и короткие, круглые и шестигранные, толстые и тонкие, цветные и простые;

• линейка, дощечки, гвозди, бельевая веревка, спица;

• катушки с нитками и без ниток;

• спички, пластилин;

• аптечные пипетки;

• акварельные краски и кисточка;

• юные читатели, их друзья, родители и педагоги.

Колеса мы видим каждый день. Например, колеса машин или других движущихся предметов. Наверняка у вас есть игрушки с колесами. Мне хочется рассказать вам некоторые удивительные истории, связанные с колесом, предложить провести занимательные опыты, и тогда, возможно, вы узнаете много тайн, которые хранит в себе обычное колесо.

На чистом листе белой бумаги трудно провести ровно даже прямую линию. Аккуратно это можно сделать только при помощи линейки. Но круглой линейки у вас нет. А как же получить круг?

Опыт 1. Как получить бумажный круг?

На лист плотной бумаги поставьте любой круглый предмет, например стакан. Обведите его карандашом. Постарайтесь аккуратно вырезать ножницами по следу карандаша. Так вы стали обладателем круга. Сделайте, пожалуйста, это несколько раз. Во-первых, каждый последующий круг будет изящнее, красивее, а во-вторых, в нашей работе потребуется много таких кругов. Монеты, крышки, блюдца, банки помогут вам получить круги разных размеров.

Опыт 2. Что такое диаметр?

Перегните круг пополам так, чтобы края его половинок совпали. Образовавшаяся линия делит круг на две равные части и называется диаметром. Разогните круг и вновь согните его пополам, но уже по другой линии. Вы получили новый диаметр.

Опыт 3. Сколько диаметров может иметь круг?

Если подумать, ответ на этот вопрос отыскать несложно.

Столько, сколько раз можно перегнуть наш круг, чтобы получить разные половины. Проделайте это несколько раз. И хотя диаметров будет несчетно много, все они для данного круга будут иметь два удивительных свойства.

Опыт 4. Как найти центр круга и окружности?

Постарайтесь сгибать круг еще много раз в разных направлениях и с помощью линейки проверьте, будут ли диаметры одинаковой длины. Пересекаются ли они все в одной точке? Убедились? Конечно, пересечения происходят именно посередине каждого диаметра. Эта точка называется центром круга. Граница круга называется окружностью. Центр окружности и круга всегда совпадает. Половина диаметра называется радиусом (в буквальном переводе с латыни радиус – спица колеса). Соедините несколько произвольных точек на окружности с ее центром, и у вас получится изображение колеса со спицами-радиусами.

Опыт 5. Соревнования карандашей

Положите большую книгу в толстом переплете на стол и разместите на ней два одинаковых карандаша – один вдоль, а другой поперек книги. Осторожно и медленно приподнимайте один край книги. Что произойдет с карандашами? Какой из них раньше начнет движение? Теперь попробуйте расположить круглый и шестигранный карандаши поперек наклона вдоль одной линии и опять осторожно приподнимите один край книги. Повторите опыт, но теперь так же расположите одинаковой длины круглый толстый и тонкий карандаши. Можно еще попробовать так же расположить длинный и короткий карандаши одинаковой формы.

Опыт 6. Катить, а не тащить

Нагрузите тяжелыми предметами обычные санки. Тянуть их по сухому полу – тяжелая работа. Убедитесь в этом самостоятельно. А если догадаться и подложить под полозья санок круглые катки (например, карандаши), тянуть санки станет во много раз легче.

Колесо, изобретенное человечеством еще в те далекие времена, использовалось не только для облегчения движения телег и колесниц. Древние земледельцы с помощью каменных кругов растирали зерна. На неподвижном большом камне вращали другой камень с отверстием в центре, куда насыпали понемногу зерно. Попадая в пространство между камнями, оно растиралось. Многие племена Африки до сих пор пользуются этим способом древних земледельцев. Горизонтально вращающееся колесо было прообразом мельницы.

По находкам археологов точно известно, что о гончарном круге человечество знало еще пять тысяч лет назад. Древнейший гончарный круг вращался рукой. Позднее колесо внизу уже вращали ногами. С помощью стержня это вращение передавалось на верхний круг, на котором формировалась посуда из глины. Используя колесо, люди научились передавать вращение с помощью стержней, ремней, зубьев. Откройте заднюю крышку механических часов и полюбуйтесь движением множества разнообразных колесиков с зубчиками по краям. Вращаясь на месте, они ведут счет времени, если их, конечно, не забывают завести.

Может быть, еще и поэтому чаще всего циферблат механических часов имеет форму круга.

Очень полезно запомнить, что самая быстрая стрелка часов – секундная – делает один оборот за 60 с (1 мин). Минутная стрелка обходит круг за 60 мин (1 ч). Самая медленная – толстая короткая стрелка – часовая. Она обходит круг за 12 ч, разделяя сутки пополам. Мы вместе с нашей планетой Земля вращаемся, делая один оборот вокруг земной оси за полные сутки (24 ч), а путешествие Земли вокруг Солнца длится приблизительно 365 суток и называется годом.

Опыт 7. Веревка, передающая вращение

Наденьте две катушки из-под ниток на гвозди, прибитые к доске. Завяжите бельевую веревку кольцом так, чтобы она плотно облегала катушки. Теперь, если вращать одну из катушек, веревка передает вращение другой катушке. Обратите внимание, в одну ли сторону они будут вращаться? Одинакова ли будет их скорость, если взять катушки разных диаметров? Что изменится, если веревка будет надета на катушку не в виде кольца, а походить на цифру 8?

Убедитесь сами, что такой способ передачи вращения катушки изменяет направление вращения. Люди давно научились использовать свойство передачи вращения в гусеницах тракторов и танков, швейных и других машинах, цепной передаче велосипеда.

А что изменится, если наша веревка будет облегать 3–5 катушек разных диаметров? Можно ли с помощью одной вращающейся катушки заставить вращаться несколько? Конечно, можно.

Но вращать даже одно колесо вручную – дело утомительное. А что если приспособить для этого ветер?

Опыт 8. Игрушка-вертушка

Отрежьте от обычного листка из тетрадки полоску такой ширины, чтобы длина и ширина листка стали одинаковыми. Оставшийся прямоугольник с равными сторонами называется квадратом. С помощью линейки и карандаша проведите линии, соединяющие противоположные углы квадрата. Ножницами вдоль этих линий сделайте четыре глубоких надреза. Теперь согните каждый второй образовавшийся на углах треугольник к центру и соедините загнутые концы с помощью гвоздя с широкой шляпкой с деревянной палочкой. Вы получили бумажную вертушку – модель ветряной мельницы. Возьмите палочку в поднятую руку. Едва начнете бежать – вертушка заработает. А нельзя ли, стоя на месте, привести игрушку в движение? Ветер можно создать самостоятельно, подув на вертушку. Она – вращающееся на месте колесо. Это ваш первый прибор, зримо обнаруживающий ветер и определяющий его скорость, – ветромер. Научное название этого прибора – анемометр.

Не только ветер может вращать колесо. Вода, падающая на лопасти, превращает колесо в двигатель. Если на таком колесе установить черпаки, то, захватывая воду, они могут поднимать ее на некоторую высоту и выливать в желоба. Так была устроена первая система для орошения полей. Энергия падающей воды заменила тяжелый труд лошадей, рабов, вращавших колесо.

Опыт 9. Водяная мельница

В катушке из-под ниток сделайте 3–4 надреза, в которые можно вставить картонные, а лучше тонкие деревянные пластинки. Катушку насадите на карандаш. Пластинки подставьте под струю воды. При попадании на пластинки-лопасти воды катушка начнет вращаться. Изменяя размеры и количество вставленных пластинок (лопастей), напор струи, расстояние от крана до лопасти (высоту столба падающей струи), вы сможете исследовать зависимость скорости вращения «водяной мельницы» от разных условий.

Опыт 10. Сегнерово колесо

Попросите старших подыскать или изготовить для опыта две небольшие изогнутые трубочки (например, стеклянные части пипеток). Возьмите пустую полиэтиленовую бутылку из-под шампуня и чуть выше ее дна в боковой поверхности с противоположных сторон проделайте два отверстия так, чтобы трубочки плотно в них входили, а их согнутые части были направлены в разные стороны. С помощью толстых ниток закрепите бутылку так, чтобы она могла свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Если наполнить бутылку водой, вытекающие через отростки струйки заставят ее вращаться. Чем выше столб воды, тем больше будет скорость этого вращения. Сегнерово колесо демонстрирует возможность вращения не под влиянием внешнего воздействия, а за счет струи, вытекающей из самой конструкции.

Игра. Монета и обруч

Поставьте монетку на ребро и толкните ее. После нескольких тренировок вы научитесь запускать ее так, что колесо-монетка начнет вертикальное движение. Но очень скоро она наклонится. По мере увеличения наклона монеты ее путь искривится, и она упадет плашмя. Чтобы этого не случилось, необходимо все время подправлять движение. Вместо монетки для игр на площадке хорошо бы взять обруч и подталкивать его во время движения палкой. Правда, для этого вам самим придется бежать рядом. А нельзя ли сделать так, чтобы колеса двигались самостоятельно?

Игра. Чудо-машина – два колеса

Попытки соорудить «самобеглый» экипаж, как утверждают историки, относятся еще к началу XVII в. Были на пути настойчивых изобретателей отдельные удачи, но разочарований было куда больше. Однако идея не угасала: кочуя из страны в страну, человек так хотел наяву получить неоднократно ощущаемое во сне свободное движение.

Официальную дату рождения двухколесного самодвижущегося снаряда относят обычно к 1813 г. и связывают с именем барона Дреза. Забросив свои основные обязанности лесничего, офицер и камергер Дрез полностью отдался своему увлечению механикой. Соединив два колеса деревянной рамой, он оседлал своего странного коня и, отталкиваясь ногами от земли, стал раскатывать по сельским дорогам.

Довольно скоро было установлено, что по ровной дороге с небольшим спуском кататься значительно легче, чем по дороге с подъемами. По качеству грунта дорога из глины предпочтительнее песчаной, а езда по деревянному настилу приятнее каменной дороги.

Но вскоре барону Дрезу надоело возиться с велосипедом, и он переключился на другое изобретение. Его увлекла рельсовая тележка, приводимая в движение мускульной силой человека. Вы уже, наверное, догадались? Именно благодаря этой работе барон и увековечил свое имя в технике. Дрез – изобрел дрезину. А велосипедом стали заниматься другие. Через 27 лет, в 1840 году, к переднему колесу велосипеда приделали педали, подобные тем, что устанавливаются и теперь на детских трехколесных велосипедах. И это был колоссальный шаг вперед. Педальный велосипед позволял двигаться, не касаясь ногами земли. Резко возросла скорость движения, и при этом требовалось значительно меньше усилий. В 1845 г. француз Мишо оборудовал машину тормозом. Это он назвал получившееся устройство велосипедом (велосипед в буквальном переводе означает быстроног; состоит из двух латинских слов: velox – скорый, pedes – ноги). Сегодня в мире есть немало мест, в которых все население перемещается только на велосипедах. Это понятно. Простой, удобный велосипед не требует бензина, а потому и не загрязняет окружающее пространство. Ежедневная велопрогулка – хорошая спортивная тренировка. Легкая и надежная машина – настоящий друг в небольших прогулках и путешествиях.

Намного раньше до создания велосипеда люди догадались соединить два колеса одинаковых размеров в колесную пару. Только колеса соединялись не одно за другим, а рядом общим стержнем, проходящим через их центры.