Текст книги "Книга ответов для почемучки"

Так кто же назвал Австралию Австралией?

Подлинные очертания южного материка стали известны только к 1803 году, когда английский капитан Мэтью Флиндерс нанес на карту все его побережья. Именно он предложил эту часть света называть Австралией. Кроме того, он нанес на карту Большой Барьерный риф и открыл остров Кенгуру.

Большой Барьерный риф состоит из небольших коралловых рифов и островов, которые стали могилой для множества кораблей. Он протянулся на 2500 километров вдоль восточного побережья Австралии, ширина полосы рифов кое-где достигает 150 километров. Этот крупнейший на нашей планете памятник природы, уникальный по разнообразию обитающих в нем видов морских животных, объявлен достоянием всего человечества.

Что значит «географический полюс»?

«Полюс» в переводе с латыни означает «ось, крайняя точка». Это место, в котором ось вращения Земли пересекается с ее поверхностью. Географических полюсов у нашей планеты два, ведь ось вращения планеты пересекается с ее поверхностью дважды. К северу от экватора, в Арктике, в центральной части Северного Ледовитого океана находится Северный полюс. К югу от экватора, на ледяном щите материка Антарктида, расположен Южный полюс.

Уже в XVI веке жители приполярных областей Европы начали искать морские пути в Азию и Америку. При этом было совершено немало открытий. Английский полярный исследователь Джеймс Росс, участвовавший в поисках Северо-Западного прохода из Атлантического в Тихий океан, обнаружил, что магнитный полюс – точка, на которую указывает стрелка компаса, – не совпадает с географическим полюсом Земли и к тому же не имеет постоянного места. Действительно, магнитные полюса нашей планеты постоянно перемещаются, хотя и не «убегают» далеко от географических.

И что же там такого необычного?

Так как Северный полюс находится в океане, покрытом многолетними льдами, ничего, кроме льда и снега, там нет. Так же обстоят дела и с Южным полюсом, хоть он и находится на суше, вернее, на Полярном плато Антарктиды на высоте 2800 метров над уровнем моря. Но! Географический полюс – это точка, в которой сходятся все меридианы, поэтому она не имеет координаты долготы. Северный полюс имеет широту плюс 90 градусов, а Южный полюс – минус 90 градусов. На географических полюсах нет четырех стран света – на Северном полюсе повсюду юг, а на Южном – север. Нет там и смены дня и ночи, так как полюса не участвуют в суточном вращении Земли. На Северном полюсе Солнце восходит 21 марта и светит, не заходя, до 23 сентября, а на Южном – ровно наоборот. Поэтому год на полюсе делится на полярный день и полярную ночь.

Дирижабль Амундсена и Нобиле «Норвегия» – покоритель полярных просторов

Кто был первым на Северном полюсе?

К началу XX века были открыты и неплохо изучены континенты Земли. Только полярные области все еще оставались недоступными. Поэтому в гонку за право называться первооткрывателями полюсов включились самые знаменитые полярные исследователи Европы и Америки.

Знаменитый исследователь Арктики норвежец Фритьоф Нансен (1861–1930)

В 1893 году норвежец Фритьоф Нансен вычислил направление движения арктических льдов и решил достичь Северного полюса на специально сконструированном судне «Фрам». Судно, вмерзшее в лед, должно было двигаться вместе с ледовыми полями, пока не окажется у полюса. Однако расчеты подвели, и Нансену не удалось достичь цели.

Лишь в 1909 году до Северного полюса добрался на собачьих упряжках американец Роберт Пири. Однако первенство Пири до сих пор считается сомнительным: по современным вычислениям, он побывал не на полюсе, а примерно в 8 километрах от него.

А когда и кто первым побывал над полюсом?

Долго считалось, что первым над Северным полюсом пролетел в 1926 году молодой американский летчик Ричард Берд. Он опередил знаменитого полярника Руаля Амундсена, который вместе с известным дирижаблестроителем Умберто Нобиле совершил экспедицию к полюсу на дирижабле «Норвегия», всего на два дня.

Берд с детства мечтал быть полярным исследователем, участвовал во многих экспедициях, в одиночку зимовал в Антарктиде, а в 1929 году летал над Южным полюсом. Однако в конце XX века было доказано, что до Северного полюса Берд не долетел, а значит, первенство все-таки принадлежит Руалю Амундсену и Умберто Нобиле!

Оборотная сторона памятной монеты (150 руб.) «Первая русская антарктическая экспедиция (1819–1821)»

В состав экспедиции к полюсу на дирижабле «Норвегия», кроме руководителей – итальянца и норвежца, входили семеро норвежцев, пять итальянцев, один швед и один пес-фокстерьер.

Когда была открыта Антарктида?

Картографы и мореплаватели еще много веков назад предполагали, что на крайнем юге Земли, гораздо южнее Австралии, находится материк. Однако все, кто отправлялся на его поиски, рано или поздно наталкивались на сплошные льды, непреодолимые для парусных судов. Но в 1820 году российским военным шлюпам «Мирный» и «Восток» под командованием капитанов Фаддея Беллинсгаузена и Михаила Лазарева удалось пересечь Южный полярный круг. Экспедиция россиян длилась 751 день, обнаружила множество новых островов, а 28 января 1821 года открыла Антарктиду. На протяжении всего XIX века отважные мореплаватели из разных стран исследовали суровую землю неведомого континента, открывали новые моря, грандиозные шельфовые ледники и вулканы.

Значит, гонка первооткрывателей продолжилась?

Еще бы! В борьбу за эту честь в 1911 году вступили экспедиции все того же неутомимого исследователя норвежца Руаля Амундсена и английского капитана Роберта Скотта. В конце 1911 года усилия Амундсена увенчались успехом – он достиг Южного полюса на собачьих упряжках. Его соперник добрался до цели на месяц позже. Обнаружив, что его опередили, Скотт пал духом, а его экспедиция полностью погибла на обратном пути.

Украинская антарктическая станция «Академик Вернадский»

В наши дни Антарктида признана общим достоянием человечества и не принадлежит ни одному из государств. На полярном материке постоянно работают экспедиции ученых из многих стран.

Как возникает северное сияние?

Огни северного, или полярного сияния – одно из самых впечатляющих и прекрасных явлений природы. Причины его возникновения интересовали людей с давних времен, но первым, кто попытался еще 250 лет назад дать научное объяснение этого явления, был Михаил Ломоносов. Обычно полярное сияние возникает на высотах от 100 до 1000 километров, чаще всего его видят жители северной и южной приполярной зоны. Но несколько раз в десятилетие цветные «небесные огни» можно наблюдать на широте Киева и даже Кишинева.

Полярное сияние

В наши дни ученые, изучающие земную атмосферу, пришли к выводу, что полярные сияния вызывают потоки быстрых заряженных частиц, которые вместе со световым излучением устремляются к нашей планете от Солнца. Попадая в магнитное поле Земли, потоки частиц отклоняются к полярным областям. В верхних слоях атмосферы «солнечные» частицы сталкиваются с атомами газов, из которых состоит воздух. Атомы получают дополнительные порции энергии и начинают испускать свет.

Можно ли совершить путешествие во времени?

По крайней мере попасть из сегодня во вчера не так уж сложно. Говорят, что в XVIII веке на Аляске встретились русские и американцы. Русские прибыли на этот полуостров с запада, американцы – с востока. Неожиданно выяснилось, что у русских на календаре воскресенье, тогда как в Америке… суббота!

В 1519–1521 годах был «потерян» день в экспедиции Фернана Магеллана, совершившей первое кругосветное путешествие. Мореплавателей заставили принести покаяние в церкви, так как во второй половине плавания они отмечали все религиозные праздники на день позже.

Однако каяться португальцам было не в чем. В том, что случилось, были виноваты не они, а вращение Земли. Корабль Магеллана «Виктория» вместе с Землей за время путешествия обернулся 1082 раза – ровно столько дней длилось путешествие. Но, кроме того, один оборот – в противоположном направлении – совершил и сам корабль. Так и «потерялся» день.

Русские же пришли на Аляску, двигаясь по направлению вращения Земли – с запада на восток. Они пересекли линию перемены дат и оказались во вчерашнем дне.

А что это такое – линия перемены дат?

Это условная граница между вчерашним и сегодняшним днем, установленная в результате международных договоренностей. Линия перемены дат проходит по 180 меридиану от Северного полюса через Берингов пролив, а затем по Тихому океану до самого Южного полюса.

Кто упорнее всех в достижении цели?

Без твердости и упорства многие географические открытия были бы совершены гораздо позже. Помните роман Жюля Верна «Вокруг света за 80 дней»? Если бы не упорство, Филеасу Фоггу ни за что не удалось бы обогнуть земной шар в назначенный срок и выиграть необычное пари. Другой упрямец, созданный воображением Жюля Верна, турок по имени Керабан, жил в Стамбуле на восточном берегу пролива Босфор и держал лавку на западном берегу. Чтобы не платить за переправу на пароме через пролив, он отправился в длительное и опасное путешествие вокруг всего побережья Черного моря.

Линия перемены дат проходит здесь, между островами Диомида

Норвежец Тур Хейердал, самый знаменитый путешественник наших дней, взял за правило проверять свои научные гипотезы на практике. Чтобы доказать, что жители Южной Америки могли пересекать Тихий океан, он построил плот из бальсового дерева и достиг на нем острова Рапа-Нуи, расположенного в 3500 километрах от перуанского побережья. Предположив, что жители Египта на тростниковых судах в глубокой древности могли добираться до восточных берегов Америки, Хейердал построил точную копию египетской папирусной ладьи и со второй попытки пересек на ней Атлантику.

Плот Тура Хейердала «Кон-Тики»

Одним из самых упрямых путешественников всех времен можно считать грека З. Заврулидиса. Он, подобно Филеасу Фоггу, заключил пари, что, не ступая на палубу ни одного судна, сумеет добраться из крайней южной точки Южной Америки в самую южную точку Африки. На первый взгляд, это невозможно: континенты разделяют моря, проливы и каналы – Панамский и Суэцкий. И тем не менее Заврулидис выиграл! Через все каналы переброшены мосты, а Берингов пролив в зимнее время покрывается льдом.

Так зачем все-таки нужна география?

Греческое слово «география» состоит из двух частей: «гея» – земля и «графо» – писать, описывать. В прошлом география и в самом деле была наукой описательной – географы, знаменитые и не очень, подробно рассказывали о других землях и народах. Но современная география превратилась в целый комплекс точных наук. Она изучает строение земной суши и океанов, климат планеты, происхождение гор и ледников, полезных ископаемых. Экономическая и политическая география – науки о разных странах, жизни и обычаях людей, их связях с другими народами и способах ведения хозяйства. Существуют военная и медицинская география, дорожная география и география сельского хозяйства. А без картографии – очень важного раздела географии – ни путешественник, ни мореплаватель, ни исследователь не смогли бы добраться до цели. Даже строитель и историк не могут обойтись без географии, а дизайнеры одежды, музыканты и специалисты в области косметики используют данные этнографии – географической науки, изучающей особенности культуры народов Земли.

В наши дни география не только наблюдает, сравнивает, дает советы, предупреждает, но даже пытается предсказывать будущее планеты Земля.

Часть третья
Материя и энергия

Что нас окружает?

Ученые называют это материей. Конечно же, речь не о ткани – понятие «материя» охватывает все, что нас окружает. Часть материи мы можем воспринимать с помощью наших органов чувств – для нас она видима и осязаема, другая часть недоступна для непосредственного восприятия. Тот род материи, который воспринимают наши чувства, называют веществом. Вещество – это и металлы, и жидкости, и дерево, и различные газы.

Молекулы воды

Часть пространства, занятую веществом, называют телом. Телами являются любые предметы, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни: книги, мебель, стены, человек и животные, Солнце, Земля и даже облака, плывущие высоко над нами.

Из чего состоят тела?

Все без исключений тела состоят из мельчайших частиц, которые мы не можем увидеть невооруженным глазом. Эти частицы называются молекулами и атомами.

Демокрит (ок. 460 – ок. 370 до нашей эры)

Если разделить крохотную песчинку пополам, потом еще пополам и еще очень долго продолжать такое деление, мы в конце концов получим такую частичку, которую больше нельзя разделить. Это и есть молекула вещества, из которого состоит песок, – диоксида кремния. Молекула – самая маленькая частичка вещества, в которой сохраняются все его свойства.

Джон Дальтон (1766–1844)

Молекула диоксида кремния состоит из трех атомов: двух атомов кислорода и одного атома кремния. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Но если разорвать связь между атомами, из которых состоит молекула, это будет уже не песок или вода, а совсем другие вещества: кислород, водород и кремний.

Атомы невероятно малы: в одной песчинке содержится столько атомов, сколько песчинок на всех пляжах мира.

Кто первым использовал понятие «атом»?

Понятие «атом» происходит от греческого слова «атомос», означающего «неделимый». Древнегреческий ученый и философ Демокрит еще в V веке до нашей эры считал, что все вещества во Вселенной состоят из атомов. Но только через 24 столетия, в 1802 году, английский химик Джон Дальтон доказал с помощью опытов, что большинство явлений природы невозможно было бы объяснить, если бы атомы не существовали.

Строение атома

1 – протон; 2 – нейтрон; 3 – нуклон; 4 – электрон

Атом и в самом деле нельзя «разобрать на части»?

Всякий атом состоит из еще более мелких частиц – протонов, нейтронов и электронов. Атомы разных видов состоят из различного количества протонов, нейтронов и электронов.

Схема работы атомной электростанции

В центре каждого атома имеется ядро, состоящее из массивных частиц – протонов и нейтронов. Они надежно соединены между собой – их связывают мощные ядерные силы. Вокруг атомного ядра вращаются электроны. Их в атоме всегда столько же, сколько протонов. Электроны очень маленькие, масса одного электрона в 200 раз меньше массы протона. Электроны являются носителями электрического заряда, они заряжены отрицательно. Протоны в ядре заряжены положительно, а у нейтронов вообще нет электрического заряда, поэтому все заряды в атоме как бы уравновешивают друг друга.

Ядерные испытания на атолле Бикини, 1946 год

Между ядром и электронами находится внутриатомное пространство. Ядро примерно в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома.

Только в середине XX века ученые научились расщеплять и соединять ядра атомов. Когда атомное ядро делится или два ядра сливаются и образуют новое вещество, выделяется огромное количество энергии. Если этот процесс происходит под контролем, ядерная энергия выделяется постепенно и ее можно использовать для производства тепла и электроэнергии на атомных электростанциях. Но если энергия большого числа ядер выделяется мгновенно, происходит чудовищной силы взрыв. Это свойство материи лежит в основе ядерного оружия.

Сколько всего существует видов атомов?

Сегодня известно 118 различных типов атомов.

Вещества, состоящие из атомов одного типа, называются элементами, или простыми веществами. А те, что состоят из молекул, в состав которых входят атомы различных видов, называются соединениями. Кислород и медь – элементы. Вода и пищевая сода – соединения.

Графит и алмаз

Алмаз, самое твердое вещество из всех известных на Земле, и мягкий графит, пачкающий руки, состоят из одного и того же элемента – углерода. Различия в свойствах этих веществ объясняются тем, что атомы углерода в этих непохожих веществах связаны между собой различными способами.

Молекула обычной поваренной соли состоит из двух элементов – натрия и хлора. Натрий – серебристый металл, а хлор – зеленоватый газ. По отдельности оба этих элемента вредны для человека, а поваренная соль входит в состав пищи, которую мы ежедневно едим.

А воздух, которым мы дышим, – это простое вещество или соединение?

Воздух – это смесь нескольких газов: азота, кислорода, углекислого газа, аргона и некоторых других. Азот, кислород и аргон – простые вещества, углекислый газ – соединение углерода и кислорода. Молекулы этих газов перемешаны, но ничем не связаны друг с другом.

Как твердые тела сохраняют форму?

В твердых телах молекулы расположены в определенном порядке. При этом они образуют геометрические фигуры – решетки – и связаны очень надежно. Поэтому твердое тело почти не удается сжать или сломать, оно как бы стремится сохранять свою форму неизменной.

При температуре ниже 0 °C вода замерзает и превращается в твердое тело – лед. У льда тоже есть кристаллическая решетка

На заводах изготавливают детали из расплавленных металлов, заливая их в различные формы. Остывая, они становятся твердыми и долго сохраняют ту форму, которую придал им человек.

В металлах связи между молекулами так сильны, что кусок металла можно сравнить с одной огромной молекулой. Даже электроны двигаются здесь не только вокруг атомных ядер, но и «разгуливают» по всему телу, состоящему из металла. Благодаря «свободным» электронам металлы хорошо проводят электрический ток.

Почему лед твердый, а пар летучий, если и то и другое – просто вода?

Все вещества состоят из молекул. Молекулы находятся в постоянном движении, но при этом еще и притягиваются друг к другу. Чем ниже температура, тем крепче молекулы «цепляются» одна за другую. Чем выше температура вещества, тем «энергичнее» и беспорядочнее движутся молекулы, при этом связи между ними становятся все более слабыми, кристаллическая решетка разрушается и твердое тело превращается в жидкость. Если продолжать нагревать вещество, молекулы начинают отрываться от поверхности жидкости – испаряться, превращаясь в газ, каким, собственно, и является водяной пар.

Отчего жидкости текут?

В жидкостях молекулы расположены очень близко, но силы, связывающие их между собой, гораздо слабее, чем в твердых телах. К тому же в расположении молекул жидкостей нет строгого порядка, поэтому они принимают форму того сосуда, в который их наливают. Но сжать любую жидкость так же трудно, как и твердое тело, – расстояния между ее молекулами слишком невелико.

Жидкость принимает форму сосуда, в который ее налили

Жидкости и в самом деле не имеют формы?

Это не совсем так. Естественная форма, которую принимает любая жидкость, – шар. Но чтобы в этом убедиться, необходимо поместить жидкость в такие условия, чтобы на нее не действовали никакие внешние силы, в том числе и сила тяготения. Это возможно только в невесомости, где капли воды мгновенно превращаются в аккуратные шарики правильной формы. То же самое произойдет, если с помощью шприца ввести каплю растительного масла в сосуд со смесью воды и спирта.

Так выглядит вода в невесомости

Почему вода смачивает твердые тела?

Молекулы жидкости обладают способностью притягиваться к молекулам твердых тел – или отталкиваться от них. Этим объясняется такое явление, как смачивание. Благодаря смачиванию жидкости могут растекаться по поверхности твердого тела или проникать между волокнами тканей при стирке. Если силы взаимного притяжения молекул жидкости сильнее, чем их притяжение к молекулам твердых тел, жидкость собирается в капли на твердой поверхности.

Волоски смоченной кисточки слипаются – молекулы воды притягиваются друг к другу

Что такое газ?

Мы уже приводили пример газа – это водяной пар, образующийся, когда вода нагрета до 100 °C. Молекулы в газах располагаются на таких расстояниях друг от друга, что связей между ними практически нет. Газ заполняет любой сосуд, распространяясь по нему во всех направлениях. При этом каждая молекула газа ведет себя так, словно одна-одинешенька в сосуде, – она свободно двигается во все стороны, «не обращая внимания» на другие молекулы.

Газы хорошо сжимаются, потому что их молекулы расположены далеко друг от друга, но все же сопротивляются сжатию с различной силой. Газообразное состояние – самое распространенное состояние вещества во Вселенной.

Что случится, если продолжать нагревать твердое тело?

Лед при нагревании, как всем известно, плавится (тает) и превращается в воду. Вода, доведенная до точки кипения (+100 °C), начинает испаряться не только с поверхности, но и во всем объеме. В толще воды образуются пузырьки пара, и вся жидкость начинает «бурлить ключом».

Не только вода, но и многие другие вещества при изменении температуры могут превращаться из твердых в жидкие и газообразные и наоборот – из газообразных в жидкие и твердые. Но температура плавления и кипения у них разная.

Сталь, например, плавится при температуре +1400 °C. При температуре ниже –250 °C газ водород становится жидкостью. Жидкий водород – самая легкая жидкость на Земле. Литр сжиженного водорода весит всего 67 граммов.

Температура, при которой твердое тело становится жидкостью, называется точкой плавления.

Температура, при которой жидкость становится газом, называется точкой кипения.

Твердое, жидкое и газообразное состояние – это различные агрегатные состояния вещества.

Кроме того, существуют еще и так называемые аморфные тела. Они имеют структуру жидкости и обладают едва заметной текучестью, но в то же время способны сохранять свою форму. К таким телам относятся стекло, воск, парафин, различные клеи.