Текст книги "Книга ответов для почемучки"

Мы часто повторяем: «энергия», «энергичный». Но что же это такое – энергия?

С раннего утра светит солнце, дует летний ветер, по улице движутся автобусы и автомобили, спешат люди. На ветке созрело яблоко и вот-вот упадет, а малыш забрался на горку на детской площадке и готовится скатиться вниз. По проводам в доме бежит электрический ток, который вырабатывает электростанция.

Вокруг нас полным-полно самых различных явлений, которые происходят только потому, что различные тела взаимодействуют между собой. Но для того чтобы такие взаимодействия могли происходить, необходима энергия – способность тел совершать действия, работу.

Все тела, имеющие способность что-либо сделать, обладают потенциальной энергией: тетива натянутого лука может направить стрелу к цели, лыжник, стоящий на макушке заснеженной горы, может помчаться вниз, а тарелка, стоящая на полке, может упасть и разбиться. Но в тот момент, когда стрелок отпускает тетиву или лыжник несется с горы, потенциальная энергия покоя превращается в кинетическую энергию движения.

Где прячется энергия?

Главным источником энергии на Земле является Солнце. Эта энергия практически неисчерпаема, она образуется при слиянии атомных ядер в недрах нашей звезды.

При спуске лыжника с горы потенциальная энергия покоя превращается в кинетическую энергию движения

Солнечный свет приносит на Землю тепло, без которого не могут развиваться растения. Растения превращают минералы и воду, находящиеся в почве, а также кислород, содержащийся в воздухе, в пищу для животных. Животные и человек получают из пищи энергию для того, чтобы жить и действовать.

Уголь, нефть и газ – топливо, необходимое для электростанций, заводов, транспорта, – добывают из земных недр. Все виды природного топлива образовались из останков растений и животных, живших на планете сотни миллионов лет назад. В XX веке люди научились использовать еще один вид энергии – энергию распада ядер атомов тяжелых металлов, или атомную энергию, а сейчас для производства электроэнергии все шире используют энергию Солнца и ветра.

Сколько видов энергии существует?

Наша Вселенная устроена так, что общее количество энергии в ней всегда одинаково, она никуда не исчезает.

Энергия, которой обладают физические тела, то есть предметы, которые нас окружают, называется механической.

Неважно, из какого вещества состоят эти предметы.

Когда речь идет об энергии, для нас важна только их способность совершать работу и взаимодействовать друг с другом.

В тех случаях, когда молекулы одних веществ соединяются с молекулами других, выделяется химическая энергия.

Энергия движения тока по проводам называется электрической энергией.

Энергию движения молекул тела называют тепловой энергией.

Энергия, выделяемая при слиянии или распаде атомных ядер, – это ядерная энергия.

Все виды энергии при определенных условиях способны превращаться из одного вида в другой, правда, при этом происходят некоторые потери.

Когда мы перевариваем съеденную пищу, выделяется химическая энергия. Эту энергию мы расходуем для движения и поддержания постоянной температуры тела.

Неизрасходованная энергия превращается в нашем организме в жир – естественную «кладовую» химической энергии.

Она хранится «про запас» и расходуется по мере необходимости.

В автомобильном двигателе при сгорании топлива химическая энергия превращается в кинетическую энергию (энергию движения) и в тепловую энергию.

Во время бега мы только четверть энергии тратим на движение. Остальные три четверти превращаются в тепловую энергию – нам становится жарко.

А какой вид энергии самый «универсальный»?

Самым удобным и универсальным видом энергии оказалась электрическая. Ее легко передавать на большие расстояния и преобразовывать в другие виды энергии.

Для производства электроэнергии используется химическая энергия сгорания топлива, кинетическая энергия падающей воды, атомная энергия, энергия ветра и солнечный свет. В наших домах различные приборы и устройства превращают электроэнергию в тепло, свет и звук, приводят в действие холодильники, кондиционеры, стиральные машины, компьютеры, телевизоры.

Почему предметы не могут двигаться сами по себе?

Для того чтобы неодушевленный предмет пришел в движение, что-то должно его или толкать, или тянуть. Сам по себе он на это неспособен. То, что приводит тела в движение, называется силой. Сила проявляется там, где существует взаимодействие, соприкосновение.

На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила. Первым обнаружил и измерил эту силу величайший механик и математик древности Архимед. Она равна весу жидкости, которую вытесняет тело.

Ровенская атомная электростанция

Сила трения замедляет движение тел по наклонной плоскости.

Пытаясь сжать пружину, мы преодолеваем силу упругости

Сила, приложенная к телу, способна заставить его двигаться, изменять скорость и направление движения. Если тело не движется или движется с одной и той же скоростью по прямой линии, это значит, что все силы, которые на него действуют, уравновешивают друг друга. Как только равновесие сил нарушается, тело приходит в движение.

Что мешает оторваться от Земли?

На все тела действует сила тяготения, которую недаром называют «всемирной». Чем больше масса тел, тем сильнее они «тянутся» друг к другу. Эта сила удерживает планеты Солнечной системы на орбитах, не позволяет атмосфере Земли рассеяться в космическом пространстве и заставляет любой предмет падать не куда придется, а вниз. Если бы сила тяготения внезапно «отключилась», все тела, в том числе и мы с вами, оторвались бы от Земли и улетели в космическое пространство.

Сила тяготения действует между всеми телами, даже самыми маленькими, но обнаружить ее очень сложно.

Перетягивание каната наглядно показывает, что происходит, когда нарушается равновесие сил

Где бы мы ни находились, земное тяготение всегда направлено к центру Земли. Оно заставляет реки течь, не позволяет нам прыгать слишком высоко, мешает подниматься по лестнице и подгоняет, когда мы спускаемся с горы.

Исаак Ньютон (1643–1727)

Закон всемирного тяготения открыл в 1666 году великий английский ученый Исаак Ньютон. Ньютон вывел формулу, согласно которой притяжение между телами тем больше, чем больше масса этих тел, однако с увеличением расстояния между телами оно быстро уменьшается.

Когда мы взвешиваем какое-нибудь тело, то определяем его вес – силу, с которой оно притягивается к Земле. Вес – величина непостоянная. Чем дальше тело находится от центра Земли, тем его вес меньше. На вершине горы ваш собственный вес будет чуть-чуть меньше, чем у ее подножья. На Луне сила тяготения в шесть раз меньше, чем на Земле, значит, и все тела весят там в шесть раз меньше. При этом масса вашего тела не изменится, потому что масса – это количество вещества, которое не зависит от силы тяготения.

А почему Луна не падает на Землю?

Представьте, что вы бросаете камень с вершины высокой башни. Чем сильнее окажется ваш бросок, тем дальше полетит камень, тем меньшей окажется кривизна воображаемой линии его движения. Но если у вас хватит сил, чтобы бросить камень с такой скоростью, чтобы он вообще не упал, то камень начнет вращаться вокруг Земли – станет ее искусственным спутником. Эта ситуация похожа на то, как если бы вы вращали камень на веревке, держа ее конец в руке. Земное тяготение выполняет роль «веревки», а скорость движения Луны по орбите вокруг нашей планеты не позволяет ей «упасть».

Луна – крупное космическое тело, но силы тяготения не позволяют нашему естественному спутнику расстаться с Землей. Однако и Луна, в свою очередь, притягивает Землю. Сила притяжения Луны вызывает приливы и отливы в земных морях и океанах, ее ощущает даже земная кора.

Что такое свет?

Свет – электромагнитное излучение, которое способен воспринимать человеческий глаз. Невозможно представить себе мир без света. Даже ночью в самой темной комнате не бывает полной темноты. Благодаря свету мы видим то, что нас окружает.

Свет движется быстрее всего в вакууме – со скоростью 300 тысяч километров в час. Точную скорость света не раз пытались измерить ученые, но удалось это только физику Альберту Майкельсону в 1926 году. За короткое мгновение, которое требуется, чтобы моргнуть, луч света мог бы облететь вокруг Земли, но в действительности это невыполнимо – свет распространяется исключительно по прямой.

Если на пути света возникает преграда, он не может ее обогнуть. Вот почему возникает тень.

Что отражает зеркало?

Взгляните в зеркало: если вы поднимете правую руку, ваш зеркальный двойник поднимет левую. И если в зеркале отразится ваша тетрадь или книга, окажется, что она написана незнакомыми буквами неведомого языка.

Изображение в зеркале симметрично отображаемому предмету относительно плоскости зеркала

Изображение в зеркале возникает благодаря способности света отражаться от различных поверхностей. От гладкой поверхности он отражается примерно так же, как отскакивает от пола мяч.

Наш глаз может видеть только те предметы, которые отражают свет. Чем лучше предмет отражает свет, тем более светлым он выглядит. То, что мы видим как белое, отражает почти весь свет, а то, что кажется нам черным, полностью поглощает его.

Свет можно увидеть только тогда, когда ему есть от чего отразиться или на чем рассеяться. Глядя на луч карманного фонаря сбоку, мы видим его только потому, что свет рассеивается на мельчайших частицах пыли в воздухе. Поэтому в межзвездном пространстве, где нет даже пыли, совершенно темно.

Почему под водой предметы выглядят иначе, чем на берегу?

Вещества, которые свободно пропускают свет, называются прозрачными. Вода, воздух, стекло – прозрачные вещества. Однако эти вещества имеют различную плотность, и скорость распространения света в них не одинакова.

Когда луч света попадает из одного прозрачного вещества в другое, он преломляется – немного меняет направление движения. Поэтому прямой предмет, опущенный под углом в воду, со стороны выглядит «сломанным»

Световые волны перемещаются в пространстве так же, как морские волны по поверхности воды. Волнообразно распространяются в пространстве и тепло, и звук. Однако частота колебаний у тепловых и звуковых волн разная.

Как возникает радуга?

Каждый хотя бы однажды видел после дождя радугу. Как же возникает это многоцветное коромысло и откуда берутся его цвета? Оказывается, все цвета радуги (иначе они называются цветами солнечного спектра) получаются при разложении одного-единственного цвета – белого – при его прохождении через мельчайшие капельки влаги в облаках!

Это свойство света открыл Исаак Ньютон. Он проделал следующий опыт: пропустил белый свет через стеклянную призму, и луч стал разноцветным. Затем ученый с помощью второй призмы собрал все цветные лучи в один белый луч.

Но ответа, почему это происходит, не знал даже Ньютон. Только спустя два столетия стало ясно, что свет состоит из мельчайших колебаний – электромагнитных волн. Волны света разных цветов отличаются друг от друга – у них разная частота колебаний. Самая низкая частота у красного света, самая высокая – у фиолетового.

Цвета солнечного спектра располагаются в таком порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Почему мы видим мир «цветным»?

Это происходит потому, что различные предметы поглощают и отражают световые волны разных частей спектра. Так, красная ткань поглощает все волны, кроме красных. Красный свет отражается от нее и воспринимается нашим зрением как основная окраска самой ткани.

Не все люди способны различать цвета. У некоторых возникают проблемы с восприятием красного, зеленого, желтого, а иногда даже синего цвета. Первым обнаружил эту особенность у себя самого английский ученый Джон Дальтон – тот самый, который доказал, что атомы действительно существуют. С тех пор такую особенность зрения называют «дальтонизм».

«Приближает» ли увеличительное стекло?

Увеличительное стекло – это выпуклая линза. Ее форма напоминает семя бобового растения – чечевицы. Лучи света, падающие на поверхность выпуклой линзы, преломляются и собираются в одной точке, расположенной по другую сторону линзы. Благодаря тому, что лучи света проходят через линзу так, а не иначе, все рассматриваемые предметы кажутся больше, чем они есть на самом деле, то есть «приближаются».

Часть четвертая
Жизнь на Земле

Это правда, что все, кто живет на нашей планете, – родственники?

Все мы однажды появились на свет, у нас есть родители – мама и папа. У наших родителей тоже есть родители – для нас они бабушки и дедушки. У всех живых существ, населяющих Землю, – зверей и птиц, змей и лягушек, рыб и насекомых, даже у трав и деревьев – есть предки. Все живое на Земле рождается, дышит, питается, отдыхает, производит потомство, стареет и уходит из жизни. В этом заключается великая общность жизни и ее отличие от неживой природы. Человек, волк, пальма, бабочка и даже гриб-боровик – родственники, потому что происходят от одного корня – древнейших простых форм жизни, которые появились на нашей планете сотни миллионов лет назад.

У нас, таких разных, был общий предок?

Да. Ученые называют это неведомое существо «последним всеобщим предком». От него ведут свое происхождение все ныне живущие на Земле организмы. «Последний всеобщий предок» не был первым возникшим на земле живым существом и не был самым простым. До него возникали и исчезали многочисленные формы жизни, но ни одна из них не сумела выработать такой совершенный механизм передачи потомству наследственных признаков. «Последнему всеобщему предку» принадлежит честь создания того, что мы называем сегодня генетическим кодом. Жил он примерно 4 миллиарда лет назад, а его «генетическое наследство» разделили между собой животные, растения, грибы и бактерии, заселившие всю поверхность Земли.

А что еще важно для жизни?

Одно из важнейших свойств жизни – ритмичность. Все живые организмы подчиняются ритмическим сменам дня и ночи, времен года и приспосабливаются к этим изменениям, вырабатывая особые ритмы питания, дыхания, сна, размножения.

Птицы, почувствовав приближение зимних холодов, отправляются в теплые края. При этом они пролетают тысячи километров и не сбиваются с пути. С наступлением весны они возвращаются и начинают вить гнезда, чтобы вывести потомство. Медуза во время отлива сжимается, уменьшая объем своего желеобразного тела, а с началом прилива увеличивается. Но если медузу поместить в сосуд с водой, она будет точно так же увеличиваться и уменьшаться через строго определенные промежутки времени, равные периоду чередования приливов и отливов. В организме почти всех животных есть органы, которые позволяют им ориентироваться во времени и пространстве.

Кто устроился по соседству с людьми?

Домашние кошки, собаки, попугаи, хомячки и даже аквариумные рыбки не в счет – речь не о них. Не только в заповедных чащах, тропических джунглях и южных морях кипит жизнь. В городском парке, в любом пруду, даже в крохотной лужице на обочине проселочной дороги обитают десятки видов различных живых существ.

Сом – обитатель пресно водного пруда.

Наши соседи отличаются формой, размерами, образом жизни, способами питания и размножения. Их можно встретить не только в городах, но и на вершинах высочайших гор, в жарких безводных пустынях, в самых глубоких впадинах Мирового океана и в верхних слоях атмосферы. Даже среди антарктических льдов совсем неплохо чувствуют себя множество видов животных и растений.

В теле многих животных есть позвоночник – костный столб, состоящий из отдельных частей – позвонков. Таких животных называют позвоночными, а тех, у кого костного столба нет, – беспозвоночными. Благодаря позвоночнику животные могут лучше управлять своим телом и быстрее передвигаться. Однако беспозвоночных на Земле гораздо больше, чем позвоночных, – их насчитывается около 950 тысяч видов.

Как возникла жизнь на Земле?

Жизнь в нашем общем доме – на планете Земля – возникла более 4 миллиардов лет назад. И «заселялся» дом постепенно. Первыми появились самые маленькие и простые – они напоминали современных бактерий, состоящих всего из одной далеко не совершенной клетки. Жили они в теплых океанах и питались веществами, растворенными в морской воде. Потомки этих существ – микроорганизмы – процветают и сегодня.

С течением времени примитивные одноклеточные организмы начали объединяться в колонии. Так было легче выжить и добыть пропитание. Постепенно каждая группа клеток в колонии начала выполнять только ту работу, к которой была лучше приспособлена. С помощью одних клеток усваивалась пища, с помощью других простейшее многоклеточное существо передвигалось или защищалось от врагов.

Примерно 700 миллионов лет назад в Мировом океане появились простые животные, похожие на современных медуз и моллюсков, и растения, напоминающие водоросли.

К беспозвоночным относятся черви, губки, моллюски, насекомые и др

Самым грозным морским хищником в то время было животное, похожее одновременно на рака и на скорпиона. Крупнейшие ракоскорпионы достигали двух и более метров в длину. Потомки ракоскорпионов переселились на сушу, дав начало сухопутным паукам и скорпионам. В те времена они имели размеры средней собаки, а стрекозы, порхавшие в лесах каменноугольного периода, достигали в размахе крыльев метра.

Кто «изобрел» позвоночник?

«Изобретателями» позвоночника считают примитивных предков панцирных рыб, в теле которых имелась продольная хрящевая струна – хорда. А 340 миллионов лет назад на сушу выбрались первые земноводные – потомки панцирных рыб, похожие на наших тритонов и крокодилов. Эпоха земноводных продолжалась почти 70 миллионов лет. Видов земноводных было гораздо больше, чем в наши дни, многие из них достигали длины 3–4 метра и весили около тонны. Большинство древних земноводных полностью вымерли задолго до появления динозавров.

Позвонки ископаемого динозавра

В чем причина гибели древних земноводных?

От земноводных произошли еще более совершенные позвоночные – рептилии, или пресмыкающиеся. В результате ожесточенной борьбы они уничтожили или вытеснили своих неповоротливых и медлительных предков.

Кем были динозавры и почему они исчезли?

Динозавры – многочисленная группа пресмыкающихся – появились на Земле примерно 230 миллионов лет назад. Целых 165 миллионов лет они были «главными» на нашей планете. Среди них встречались и мирные травоядные гиганты, весившие до 60 тонн, и свирепые хищники с полутораметровой пастью и зубами, достигавшими 30 сантиметров в длину. Ученым известно более 500 видов динозавров.

Динозавры вымерли примерно 65 миллионов лет назад из-за того, что климат на Земле изменился. Произошло несколько резких похолоданий, сменившихся долгим засушливым периодом. Возможно, это было связано с какой-то глобальной катастрофой: падением на Землю астероида или взрывом гигантского вулкана. Растительности стало гораздо меньше, и первыми начали вымирать травоядные динозавры. За ними последовали хищные – им больше не на кого было охотиться.

Кто появился на Земле позже всех?

Позже всех появились млекопитающие: кошки, собаки, ежи, летучие мыши, слоны, тигры, обезьяны и многие другие. Млекопитающие – наши близкие родственники. Их детеныши рождаются так же, как и мы с вами, и в первые месяцы жизни питаются материнским молоком. Первые млекопитающие появились на Земле около 200 миллионов лет назад. Они были очень маленькими, жили рядом с огромными динозаврами и оказались выносливее и сообразительнее могучих ящеров. Пережить трудные времена им помогло то, что они были теплокровными, их тела были покрыты шерстью, да и размножались млекопитающие гораздо быстрее, чем динозавры.

Лес каменноугольного периода

Самые большие группы живых существ называются царствами. В природе существуют царство бактерий, царство грибов, царство растений и, наконец, – царство животных. У этих царств нет ни границ, ни правителей – все они образуют биосферу, живую оболочку планеты Земля.

Как выглядят простейшие?

Все живые существа состоят из клеток – мельчайших единиц организма. У каждой клетки есть свой центр – ядро. Клетки способны размножаться, то есть воспроизводить самих себя.

Если взглянуть на луковую кожуру через окуляр микроскопа, можно увидеть множество прямоугольных участков, отделенных друг от друга «перегородочками». Это и есть клетки. Большинство живых организмов состоят из множества клеток, но есть и такие, которые состоят всего из одной клетки. Их называют простейшими, у некоторых из них нет даже клеточного ядра. На кончике пальца могут поместиться тысячи простейших, а всего одна капля застоявшейся воды может вместить целый мир одноклеточных существ.

Животные юрского периода – лидсихтис и лиоплевродон

Некоторые простейшие похожи на животных тем, что поглощают пищу из окружающей среды, другие же, подобно растениям, сами умеют производить необходимые вещества, используя энергию солнечного света. И хотя состоят они из одной-единственной клетки, клетка эта устроена далеко не просто. У простейших есть органы питания, органы выделения и даже органы чувств.