Текст книги "Увлекательная физика"

Давайте знакомиться!

Здравствуйте, ребята! Меня зовут Чевостик. Я живу на книжной полке, в библиотеке у дяди Кузи.

Не удивляйтесь, я небольшого роста, а нижняя полка в книжном шкафу дяди Кузи очень высокая и просторная, поэтому мне на ней хорошо и удобно. Какой я? Похож на обыкновенного мальчишку, волосы рыжие, характер весёлый. Дядя Кузя в шутку зовёт меня Чевочка с хвостиком. Но никакого хвоста у меня нет, зато есть ушки на макушке. Больше всего на свете я люблю узнавать новое, поэтому всё время задаю всякие вопросы дяде Кузя. О чём бы я ни спросил, он всё знает и мне рассказывает. Это потому что дядя Кузя очень умный. Он прочитал много-много разных книг.

А ещё мы с ним любим путешествовать! В путешествиях нам помогает времяскок. Это такой прибор, его дядя Кузя изобрёл. Набираешь на времяскоке место и время, куда хочешь попасть, раз, два – и уже там! Сегодня мы наверняка тоже куда-нибудь отправимся!

Но это когда придёт дядя Кузя, а пока я почитаю книжку. Их у нас много. Можно выбрать любую. Возьму-ка я вот эту, крайнюю. Ой, упала.

А за ней и вторая спрыгнула с полки! И третья, и… Эй, книжки, вы куда поскакали?!

– Чево-о-стик! Чевост! Что там у тебя происходит?! Всё в порядке?

– Н-не очень. На этой полке не книжки, а какие-то хулиганки! Они все свалились на пол. Я тут ни при чём, я только одну хотел взять, а они ка-ак полетят! Дядя Кузя, а почему это книжки и другие вещи так и норовят упасть вниз?

– Чевостик, во-первых, давай поздороваемся.

– Ой, извини дядя Кузя! Здравствуй!

– Здравствуй, Чевостик. Во-вторых, надо вернуть книги на полку. Я буду их подавать, а ты расставляй по местам.

– Это я мигом. Так, так и вот так! Готово! Дядя Кузя, а как же всё-таки мой вопрос?

– На него тебе ответит физика.

– Фи-зи-ка? А кто это? Или что это? Первый раз слышу такое слово.

– Оно пришло к нам из греческого языка и означает «природа». Физика – название науки, которая изучает и объясняет самые разные явления природы.

– Но ведь вокруг нас столько всего происходит. Как одна наука может объяснить всё на свете?

– Ты прав – природа действительно слишком раз-нообразна для одной, даже очень большой науки, поэтому физика разделилась на много частей. Каждая из них изучает свои физические явления. Механика изучает движение, оптика – свет, звуком занимается акустика, а электричеством и всем, что с ним связано, – электродинамика. Есть и другие разделы физики.

– И ты всё про эти разные физики знаешь и расскажешь мне?

– Что ты, Чевостик! На это не хватит и ста путешествий! Сегодня ты сделаешь первый шаг в изу-чении этой нужной и важной науки. Мы с тобой отправляемся на прогулку, изучать физику.

– У-у-у… Я думал, мы сразу попадём в какие-нибудь удивительные места.

– Обещаю, что в одном таком месте мы обязательно побываем. Но начнётся наше путешествие во дворе. Уверяю тебя, даже там можно узнать много нового и интересного. Надо только быть внимательным и чаще задавать вопрос «почему».

– Да это же мой любимый вопрос! У меня этих «почему» уже столько накопилось! Почему лодка в воде не тонет? Почему листья на дереве зелёные, а не синие? Почему гремит гром? И ещё: почему по льду можно кататься, а по земле нет? Сам я на них ответить не могу, но ты-то наверняка знаешь, как всё это получается.

– Что ж. Вопросы я запомнил и постараюсь ответить на них. А теперь хватит сидеть дома! Одеваемся. На улице чудесная зимняя погода: мороз, солнышко, голубое небо. А ещё там заливают каток.

– Вот так новость! А как его заливают? Пойдём скорее туда, пока всё самое интересное не пропустили!

Идём на каток!
^{Агрегатные состояния вещества}

Хорошо на свежем воздухе! Как там каток? Почти готов. Его заливают из длинного шланга. Шланг протянули от дома до площадки во дворе, и теперь её просто поливают.

– Дядя Кузя, а кататься уже можно?

– Нет, придётся подождать, пока вода замёрзнет на морозе.

– У-у-у… Так неинтересно.

– Не согласен. Пока каток застывает, мы можем наблюдать за очень интересным физическим явлением.

– Прямо тут? А где оно, это физическое явление?

– У тебя под ногами. Прикоснись к воде, которой залили площадку.

– Да тут уже не вода, а настоящий лёд! Только он тоненький – ледяная корочка, а под ней всё ещё вода.

– Мы наблюдаем физическое явление: вещество, которое называется водой, изменяется. Или, как говорят физики, вода переходит из жидкого состояния в твёрдое. Но при этом она остаётся всё той же водой, только замёрзшей.

^{Три агрегатных состояния вещества: твёрдое, жидкое и газообразное}

– Дядя Кузя, а это только вода умеет так меняться?

– Вовсе нет. Любое другое вещество тоже может становиться то жидкостью, то газом, то твёрдым телом. Эти три разных состояния в физике называют тремя агрегатными состояниями вещества.

– Интересно, а почему вещества из одного состояния переходят в другое? Чтобы не скучать?

– Это с тобой, Чевостик, соскучиться невозможно! А эти переходы случаются, когда меняется температура или давление. С давлением мы сегодня разбираться не будем, а вот как на агрегатное состояние влияет температура, мы только что увидели.

– Точно! Вода попала на мороз и замёрзла! А когда придёт весна и на улице снова станет тепло, наш каток растает.

– А теперь ответь на вопрос: что будет, если нагреть кусок какого-нибудь металла? Например, золота?

– Он станет горячим.

– Не только. Если температура будет достаточно высокой, металл расплавится. То есть станет жидким.

– Ну и ну!

– Это ещё не всё. Если усилить нагрев, то наше золото перейдёт в третье агрегатное состояние и станет газом. Что такое газ, ты хорошо знаешь, ведь воздух, который вокруг нас, – это смесь всяких газов и есть.

^{Золото: твёрдое, жидкое и газообразное состояние}

– И что же? Золото станет похоже на воздух?!

Не представляю!

– Поверь, это так. Только наблюдать газообразные металлы мы не станем. Думаю, температуры, при которых они получаются, для нас жарковаты.

А вот перевести в газообразное состояние воду можно прямо на нашей кухне. Заодно погреемся, а то мороз нешуточный.

Задание

Сложи ладони ковшиком и попроси вылить стакан воды тебе в руки. Сможешь ли ты удержать воду в ладонях, не пролив ни единой капли? Теперь вылей стакан воды в форму для льда и заморозь.

Через пару часов ты увидишь, что вода замёрзла и превратилась в лёд. Достань кусочки льда и набери их себе в ладони. Легче ли теперь удержать стакан воды в руках? Да, потому что вода стала твёрдой и больше не проливается. Кстати, именно так придумали перевозить воду в жаркие страны, где её не хватает, – в виде айсбергов.

Скорее домой, греться
^{Свойства твёрдых, жидких и газообразных тел}

C времяскоком всё легко и просто: только мороз начал нас щипать за нос и щёки, а мы раз – и дома. На кухне тепло. Дядя Кузя расставил наши прозрачные чашки, достал из холодильника лимон и банку с моим любимым малиновым вареньем.

– Ну вот, Чевостик. Сейчас попьём чаю, и ты согреешься. Кстати, чайник уже на плите, и я советую понаблюдать за тем, что в нём происходит во время нагрева.

– Дай-ка я посмотрю, чайник-то у нас тоже прозрачный. На его стенках изнутри появились крохотные пузырьки. Ого, они растут, всплывают, а потом лопаются! От этого вода в чайнике так бурлит! А из носика показался пар. Он выходит заметной струйкой, выше она исчезает, пара уже не видно – он смешался с воздухом. Дядя Кузя, я догадался, водяной газ – это пар.

– Совершенно верно.

– А ещё я понял, как можно менять эти самые агрегатные состояния воды. Возьмём стакан с водой, сунем его в морозилку, подождём немного – и лёд готов! А чтобы ледышку превратить в газ, её просто надо сильно нагреть в кастрюле!

– Молодец, Чевостик! Только хочу предупредить: замораживать воду лучше в пластмассовой посуде, потому что стеклянная может лопнуть. А вот и наш чайник подаёт сигнал, что вода вскипела. Наливай заварку.

– Ой! Я случайно опрокинул чашку, и заварка растеклась по столу.

– Не беда, зато мы познакомились с одним свойством всех жидкостей. Любая жидкость не сохраняет форму.

– Свойство так себе. Из-за него теперь придётся лужу вытирать. Наверное, тут целых полчашки наберётся. Или даже больше…

– Ты соберёшь ровно столько воды, сколько пролил. Это ещё одно свойство жидкостей – куда бы их ни переливали, они сохраняют свой объём. Объём – это место, которое вещество или предмет занимает в пространстве. Поясню на примере: если мы возьмём полное ведро воды и разольём его по чашкам, а потом снова сольём всю эту воду в ведро, воды в нём окажется ровно столько, сколько было – ни каплей больше, ни каплей меньше.

– А у твёрдых веществ есть объём?

– Есть. Все твёрдые вещества тоже сохраняют свой объём. Но они, в отличие от жидкостей, не меняют свою форму. Вспомни: когда жарко, в напитки добавляют кубики льда.

^{Жидкости сохраняют свой объём}

^{Газы не имеют своего объёма, они занимают всё пространство, какое есть}

– Летом я люблю пить сок с такими кубиками! Вытряхиваешь их в стакан, и они плавают в соке, прозрачные, ровненькие. А ведь правильно: лёд – твёрдая вода – сохраняет свою форму! А жидкая – нет. Дядя Кузя, а у пара и других газов есть форма и объём? Хотя что я спрашиваю, никакой формы у них точно нет.

– И своего объёма газы тоже не имеют. Они занимают всё пространство, какое есть. Возьмём газ, который мы выдыхаем, – углекислый газ. Одно и то же количество углекислого газа может равномерно распределиться и по маленькой комнате, и по огромному залу. Этот газ, как и многие другие вещества, состоит из крошечных частиц – молекул. В огромном зале молекулы углекислого газа будут далеко друг от друга и нам не помешают. Но если это же количество молекул углекислого газа окажется в тесной комнатушке, они будут попадаться гораздо чаще и нам станет душно.

– Всё ясно. А теперь повторяем: у газов нет ни объёма, ни формы. У жидкостей нет формы, но есть объём, а у твёрдых веществ есть и объём, и форма.

– Молодец, Чевостик! Как говорится, всё разложил по полочкам.

– А про чай-то мы забыли! Я даже сахар в него не положил. Сейчас насыплю, размешаю. Ой, дядя Кузя, посмотри, что случилось! Я опустил ложку в чай, а она… как будто сломалась! Вынул – она снова целая. Что за чудеса? Или это тоже какое-нибудь физическое явление?

– Именно так. А объясняет это явление оптика.

– Оптика – это раздел физики. Я запомнил.

– Умница, Чевостик.

– Только ты сказал, что оптика изучает свет, при чём тут ложка? Она же не светится.

– На самом деле многие предметы не светятся, но мы их видим, потому что они отражают чужой свет. Например, Луну мы видим только потому, что она отражает свет Солнца. Зеркало тоже само не светится, но если поймать им луч, то можно пускать солнечных зайчиков.

^{Светлые, тёмные и прозрачные предметы отражают свет по-разному}

– Это я люблю! Они так весело скачут по стенам комнаты, по полу и потолку, забираются даже в самые тёмные уголки! Дядя Кузя, а почему одни вещи светлее, а другие темнее?

– Более светлыми мы видим те, что отражают больше света. Те, которые отражают меньше света, кажутся нам тёмными. Но есть вещества и предметы, которые мало отражают свет, но хорошо его пропускают. Мы их называем прозрачными.

– По-моему, я их знаю! Это стекло, вода и воздух.

– Правильно. Но все они разные. И свет тоже пропускают по-разному. Когда луч света попадает из воздуха в воду, его направление меняется. Со стороны кажется, что луч надломился. В физике такое явление называется преломлением.

– Это из-за него ложка кажется сломанной?

– Угадал. Лучи света, отразившиеся от ложки, при переходе из воды в воздух тоже преломляются. В этом месте мы и видим «перелом» ложки. Так что не всегда нужно полагаться на зрение, оно может и обмануть.

– И ложка на самом деле цела и невредима.

Я размешал ей сахар и, пока ты рассказывал, выпил целую чашку чая. Дядя Кузя, а как ты думаешь, наш каток уже замёрз?

– Надо проверить. Выходим.

Задание

Налей воду в пластиковый стаканчик и пометь фломастером её уровень. Поставь стаканчик в морозильник. Когда вода превратится в лёд, проверь, осталась ли она на том же уровне. Лёд стал выше твоей отметки, потому что вода в твёрдом состоянии имеет больший объём. Теперь налей такой же стакан воды в кастрюлю, закрой крышкой и попроси кого-то из взрослых поставить кастрюлю на огонь.

Что происходит, когда вода закипает? Вода превращается в пар, а он занимает больше места, чем вода, и ещё больше, чем лёд. Поэтому пар не помещается внутри кастрюли, приподнимает крышку и вырывается наружу.

Лёд замёрз, можно кататься
^{Зачем нам сила трения}

Лёд замерз и так блестит на солнце! Сейчас я разбегусь и прокачусь! У меня это хорошо получается!

– Дядя Кузя, смотри, как я умею! Лёд просто отличный, по нему так легко скользить! Кажется, что можно катиться долго-долго. Только я почему-то остановился.

– Это из-за трения. Оно мешает тебе скользить, тормозит тебя.

– А по асфальтовой дорожке нельзя скользить тоже из-за трения?

– Именно из-за него. Трение на дорожке слишком велико.

– Откуда же оно берется?

– Трение возникает между соприкасающимися поверхностями. Между неровными поверхностями оно большое.

^{Трение между неровными поверхностями больше, чем между ровными}

– Но ведь асфальтовая дорожка на вид ровная?

– Это только кажется. На самом деле на ней много мелких выступов и впадин, они-то и не дают подошвам твоих ботинок скользить по асфальту. А лёд гладкий, ровный, ботинкам не за что зацепиться, а значит, трение между льдом и ботинками маленькое.

– Тогда чем меньше трение, тем лучше!

– Не всегда. И я тебе это сейчас продемонстрирую.

Дядя Кузя бодро шагнул на лёд катка, а потом… Что же случилось? Он еле идёт, ноги разъезжаются, как бы он не упал!

– Дядя Кузя! Осторожней! Я тебе помогу. Держись за меня! Вот так. Сейчас отсюда выберемся.

Не торопись. Потихоньку… Вот и всё, мы на снегу, тут можно спокойно ходить.

– Вот спасибо, Чевостик. Спас меня от падения.

– Да ладно, чего уж там. Просто тебе надо было не идти, а скользить, как я. Сам же мне про трение рассказывал… Ой, я догадался, почему по льду ходить неудобно – из-за маленького трения. Погоди! Ну и хитрец же ты, дядя Кузя! Ведь ты специально вышел на лёд!

– Признаться, да! Но зато ты сам сделал вывод: трение помогает нам ходить. Вообще, у движения много секретов и законов.

– Я так люблю двигаться! Мне надо поскорее узнать про эти законы и секреты! Что для этого надо сделать? Может быть, пробежаться? Или попрыгать?

– Чевостик, думаю, правильнее будет познакомиться с механикой.

– Механика – это раздел физики, который изучает движение.

– Молодец, внимательно слушал! Нам пора продолжать путешествие – нас ждёт лето! Сейчас времяскок заберёт наши зимние куртки, шапки и варежки, а взамен доставит кепки и солнечные очки.

– А можно мне ещё мячик?

– Хорошая идея, нам он очень пригодится.

Дядя Кузя нажал на специальную кнопку времяскока, и как в сказке появилось всё, что нам нужно, даже мячик. Теперь всё готово. Внимание, перенос.

Задание

Возьми две книги в мягком переплёте, положи одну на другую и попробуй развести их в разные стороны. Сложно? А теперь соедини обе книги так, чтобы их страницы чередовались: на страницу одной книги наложи страницу другой и так далее до конца книг. Попробуй теперь развести их в стороны.

Легко ли это сделать? Нет! Когда книги лежат одна на другой, сила трения действует только на их обложки и разъединить книги просто. Во втором случае сила трения действует на каждую страницу, поэтому разъединить их очень сложно!

Из зимы в лето!
^{Инерция}

Отлично получилось! Из зимы мы попали прямо в лето и оказались в автобусе. У меня такое хорошее настроение!

– Дядя Кузя, как здорово, что мы сюда попали! А наш автобус так быстро катится! Он обогнал машину.

– Физик бы сказал об этом так: скорость автобуса больше скорости машины.

– Это и я могу сказать.

– Хорошо. А знаешь ли ты, Чевостик, что такое скорость?

– Скорость – это быстрота. Она бывает разная. Вот я однажды убегал от дождя, у меня такая скорость получилась! Я за минуту с другого конца двора до двери в подъезд добежал! А когда погода хорошая и домой уходить не хочется, я это же расстояние могу целых пять минут идти.

^{От Москвы до Парижа автобус едет почти 40 часов, а самолёт летит меньше 3 часов}

– Что ж, ты очень близок к правильному ответу. Чтобы узнать скорость, надо измерить длину пути и разделить её на время, за которое этот путь пройден. Чем меньше время, тем скорость больше. Запомни, тебе это наверняка пригодится. А наш автобус тормозит.

– Это потому, что впереди загорелся красный свет. Сейчас мы совсем остановимся.

– Чевостик, а где твой мяч?

– Я его на пол положил. Ой, мой мячик покатился вперед по проходу! Надо его вернуть.

– Стой-стой, Чевостик! Не беги за ним – сейчас мячик сам к тебе вернётся.

– Сам? Ты шутишь? Так не бывает!

– Бывает, сейчас убедишься. На светофоре загорелся зелёный, автобус тронулся, набирает скорость, и мяч…

– Вот это да! Он катится назад, прямо к нам. Дядя Кузя, признавайся, как ты это сделал?

– Что ты, Чевостик. Это не я. Это инерция.

– А что это такое?

– Название «инерция» произошло от латинского слова, которое переводится как «бездействие». Инерция – это свойство вещей, физики называют их телами. Итак, инерция – свойство тела сохранять свою скорость или не двигаться до тех пор, пока на него не подействуют силы, которые изменят это состояние. Наш автобус ехал со своей скоростью. Чтобы скорость изменилась и он остановился, понадобилось воздействие – водитель нажал на тормоз. Ну а мячик никто не трогал, поэтому он продолжил двигаться со своей скоростью.

– Физика – интересная наука, но не простая. Вот объясни мне, откуда у мячика взялась скорость, ведь пока мы ехали, он никуда не катился, а тихонько лежал у моих ног.

– Чтобы разобраться в физике, надо быть очень внимательным и стараться учитывать многие вещи. Тебе показалось, что мячик никуда не двигался, но подумай: мы с тобой тоже спокойно сидели на своих местах, однако уехали довольно далеко. Дело в том, что и ты, и я, и мячик двигались вместе с автобусом, то есть с его скоростью. Когда автобус затормозил, мячик просто продолжил это движение.

– Он как будто ничего не понял: автобус уже остановился, а мячик всё ещё едет.

– Когда автобус снова тронулся, мячик вернулся к тебе всё из-за той же инерции. Он как будто остался лежать на месте, а ты, сидя в кресле автобуса, его догнал.

– Хорошо, что он ко мне вернулся, теперь я на всякий случай буду держать его в руках, а то вдруг он из-за своей инерции ещё куда-нибудь убежит.

– Инерция есть не только у твоего мячика, это свойство есть вообще у всего, что имеет массу.

И чем больше масса, тем больше инерция.

– А что такое масса?

– Думаю, пока тебе достаточно знать, что масса тела – это количество вещества, которое в нём содержится.

– Но ведь сразу не поймешь, много в теле вещества или мало.

– С этим как раз нет сложностей. Чтобы узнать массу тела, его надо взвесить на весах. Весы – прибор, который специально создан, чтобы измерять массу.

– Да я же их сто раз видел. Вчера в магазине тётенька-продавец взвешивала на них мои любимые конфеты. Дядя Кузя, а меня тоже можно взвесить?

^Весы

– Разумеется. Вот взвесим Чевостика и узнаем его массу.

– Хм, но если у меня есть масса, значит инерция тоже есть?

– Конечно.

– А почему я эту инерцию не замечал?

– Думаю, замечал, просто не знал, что это она. Вспомни, когда автобус тронулся с места, тебя ненадолго прижало к спинке кресла.

– Точно!

– А когда автобус затормозил, тебя потянуло вперёд, ты даже немного наклонился. Это из-за того, что ты ещё сохранял свою прежнюю скорость. Кстати, именно из-за инерции во время поездки в автобусе или другом транспорте лучше за что-то держаться. А в автомобиле обязательно пристёгиваться. Если не делать этого, то при резком торможении можно улететь вперёд и очень сильно удариться.

– Надо же, оказывается, знать физику полезно, даже если просто решил прокатиться пару остановок. Интересное у нас путешествие. Если бы не оно, я и не догадался бы про инерцию.

– Люди тоже не сразу узнали об этом свойстве. Впервые о том, что на свете есть инерция, написал в своей книге великий учёный-физик, англичанин Исаак Ньютон. Своё открытие он назвал первым законом механики, или законом инерции. А всего Ньютон открыл три закона механики.

– Дядя Кузя, про первый мы узнали. А про что второй?

– Второй закон Ньютона объясняет, какой силой надо подействовать на тело, которое лежит на месте или двигается с одинаковой – постоянной – скоростью, чтобы оно получило ускорение, иначе говоря, разогналось или, наоборот, затормозилось.

– А зачем это знать?

– О, это совершенно необходимое знание. Без него не разобраться, как должен работать мотор самолёта, чтобы самолёт взлетел. И не понять, как остановить корабль, который с большой скоростью плывёт к причалу. Нужно всё рассчитать заранее, и тут не обойтись без второго закона Ньютона.

– И правда, второй закон Ньютона очень нужный. А третий?

– Чевостик, автобус тормозит, это наша остановка – мы приехали, так что о третьем законе Ньютона поговорим чуть позже. Не забудь мячик. Мы выходим.

Задание

Возьми машинку с плоской крышей. Поставь на неё любую фигурку и резко толкни машинку. Куда упадёт фигурка: вперёд или назад? Теперь аккуратно разгони машину вместе с фигуркой и пусть она врежется в препятствие. Куда на этот раз упадёт фигурка? В первом случае фигурка с крыши упадёт назад. Но на самом деле она просто по инерции остаётся на месте, а машина уезжает из-под неё вперёд. Во втором случае, когда машина резко останавливается, фигурка по инерции продолжает двигаться и падает вперёд. То же самое происходит с тобой в автобусе или машине: когда они резко тормозят, ты по инерции наклоняешься вперёд.