Текст книги "Научные забавы. Физические эксперименты, геометрические задачи, фокусы, игры и самоделки"

Шнурок и цепочка

Возьми шнурок длиной 30–40 см и привяжи его к тонкой металлической цепочке длиной 25–35 см, соединённой в кольцо.

Держа шнурок вертикально, быстро вращай его между пальцами. Сперва цепочка примет такую форму, как на рис. (А); потом, при ускорении вращения, центробежная сила заставит цепочку принять форму правильной окружности, расположенной в горизонтальной плоскости. А шнурок будет описывать в воздухе почти правильный конус (Б).

Какое – крутое, какое – сырое?

Надень на сырое яйцо А по длине резиновое колечко; то же сделай и с крутым яйцом Б. Подвесь оба яйца на проволочные крючки, привязанные к ниткам.

Теперь каждое из яиц поворачивай, чтобы нитки окрутились равным числом оборотов, потом отпусти яйца.

Крутое яйцо Б быстро завертится в одном направлении, потом – в обратном, снова и снова; оно довольно долго будет вертеться, прежде чем остановится. А сырое яйцо остановится почти тотчас же. Это объясняется тем, что содержимое крутого яйца составляет со скорлупой единое целое и вращается вместе с ней, а в сыром яйце вращается только скорлупка, и движение лишь в незначительной степени передаётся содержимому яйца.

Ещё проще отличить крутое яйцо от сырого можно так: пусти яйца вертеться волчком по тарелке, потом на мгновение положи на них руку, чтобы остановить их движение. Когда ты уберёшь руку, крутое яйцо будет лежать совершенно неподвижно; сырое будет продолжать вращаться, потому что ты остановил его скорлупу, но не остановил содержимое. А как только ты убрал руку, содержимое этого яйца своим движением увлекло за собой и скорлупу[8]8
  Даже при вращении яиц видно, какое из них сварено: сырое яйцо будет вертеться медленно и вскоре остановится, сваренное вкрутую будет вертеться быстро и долго.


[Закрыть].

Промывка золота

Приклей сургучом палочку к внутренней стороне фарфоровой мисочки. А снаружи к донышку приклей пробку, в которую воткнута длинная игла. Ось палочки и ось иголки должны быть расположены возможно ближе к центру мисочки, на одной вертикальной линии.

Насыпь в мисочку песок и брось в неё крошечный кусочек свинца; он затеряется в песке, его не видно. Погрузи весь прибор в воду; держи его вертикально так, чтобы он опирался только на острие иглы. Вода в большом сосуде должна стоять примерно на 2 см выше краёв мисочки. Вращай теперь свой прибор, сперва попеременно то вправо, то влево, чтобы крупинка свинца, которая тяжелее, чем песчинки, погрузилась на дно мисочки. Потом продолжай быстро вращать мисочку в одном направлении. Центробежная сила понемногу выбросит песок прочь, крупинка же свинца останется на дне.

Этот простой прибор устроен почти так же, как приборы, которыми пользуются золотоискатели для промывки золотоносных песков.

Волчки и маятники

Волчок-чертёжник

Небольшой плоский диск со стерженьком посредине – вот наш старый приятель, волчок.

Мы сейчас научим его рисовать замечательные узоры. Диск для этого дела выберем потяжелее, скажем, свинцовый. Одну дырку просверлим посредине для спички, которая нам послужит осью. По обе стороны от центральной дырочки, у края, просверлим ещё по отверстию. Одна из этих дырочек нужна нам только для равновесия. В другую пропустим щетинку (выдрать одну щетинку из щётки – не беда). А чтобы щетинка не выпала, прижмём её колышком – обломком спички. Конец щетинки с нижней стороны диска должен быть чуть-чуть длиннее, чем конец оси.

Отрегулируй длину щетинки, укрепи её колышком и смело пускай волчок по тарелке, закопчённой дочерна.

Волчок будет вертеться и чертить, чертить… Каких только узоров не накрутит!

Тебе останется только наклонять тарелку то в одну, то в другую сторону да считать, сколько колец вычертит по саже волчок-художник.

Танцующее яйцо

Положи крутое яйцо на донышко подноса (оно должно быть совершенно гладким) и придай подносу горизонтальное вращательное движение, всё ускоряя и ускоряя вращение. Яйцо, лежащее на середине подноса, будет увлечено этим движением и начнёт вращаться вокруг своей оси всё быстрее и быстрее. Понемногу оно поднимется и остановится на одном конце, вращаясь, как волчок.

Для того чтобы лучше удавались опыты с колумбовыми яйцами, нужно варить их с хитростью: яйцо должно быть установлено в кастрюле вертикально; тогда воздушная камера под скорлупой расположится симметрично по отношению к длинной оси, и во время опытов легче будет добиться равновесия.

Если тебе всё же не удастся заставить яйцо танцевать по подносу, вот уловка, облегчающая этот опыт. Положи поднос на стол так, чтобы он выступал за край и его можно было сразу подхватить. Поставь яйцо посредине, придерживая его большим пальцем левой руки и указательным пальцем правой. Одним быстрым движением заставь яйцо вращаться, потом подхвати поднос и лёгкими толчками поддерживай вращение яйца.

Яйцо-юла

Возьми крутое яйцо и поставь его вертикально, узким концом на тарелку. Придерживай его слегка сверху пальцем. Если ты предварительно обвил это яйцо посередине несколькими оборотами шнурка и осторожно дёрнешь теперь за шнурок, яйцо начнёт вращаться, как юла. Оно будет вращаться довольно долго. Это ещё один способ поставить яйцо на узкий конец. И конечно, этот способ лучше, чем тот, который обычно приписывают Колумбу.

Можно поставить яйцо на пол и подхлёстывать его кнутиком, но для этого лучше взять деревянное яйцо: наша юла не слишком прочна, и опыт может окончиться неудачей.

Ловкий акробат

Нарисуй на листке плотной бумаги акробата, который приготовился пойти по арене колесом. Вырежь эту фигурку и воткни в неё перо. Теперь вдень ручку с этой фигуркой наискось в кольцо ножниц и, держа ножницы горизонтально, вращай их осторожно по кругу. Тотчас же по большему кругу начнёт двигаться и твой акробат; кроме того, вследствие трения ручки о кольцо ножниц она начнёт вращаться вокруг своей оси, и наш гимнаст, продолжая двигаться по кругу, примется вертеть замечательные колёса.

Маятник фуко

У себя в комнате, за столом, ты можешь повторить знаменитый опыт, который Фуко показал в 1851 году под куполом парижского Пантеона.

Проткни яблоко тонкой лучинкой так, чтобы оба её конца торчали снаружи. К одному концу привяжи нитку. Это будет маятник.

Свободный конец нитки привяжи к булавке, воткнутой в пробку; установи эту пробку на трёх вилках, воткнутых в неё наискось.

Поставь свой треножник на тарелку и отрегулируй длину нитки так, чтобы нижний конец лучинки доходил почти до дна тарелки. У краёв тарелки насыпь два валика из сахарной пудры или мелкой соли. Они заменят нам песок, который Фуко насыпал по кругу вокруг своего маятника.

Качни теперь маятник: лучинка прочертит свой след в кучках сахарной пудры, и при каждом качании маятника конец лучинки будет проходить точно по своему же следу.

Но наша тарелка изображает Землю. Подражая вращению Земли, потихоньку, без толчков, будем поворачивать тарелку.

Гляди! Направление колебаний маятника осталось прежним, он продолжает раскачиваться в той же плоскости, оставляя новые следы рядом с теми, что начертил в начале нашего опыта. Изменилось положение тарелки – одновременно изменилось положение треножника, между тем маятник продолжает раскачиваться в той же плоскости, что и прежде.

Смешная дуэль

Вбей рядом два гвоздя, подвесь к ним на нитках яблоко и грушу. Если, держа нитку натянутой, ты отведёшь в сторону яблоко и отпустишь его, оно стукнется о грушу и остановится. А его движение передастся груше; теперь груша качнётся, как маятник, и, в свою очередь, ударит по яблоку; так будет продолжаться до тех пор, пока движение постепенно не затихнет.

Этот простой прибор поможет нам изучить закон инерции; кроме того, мы воспользуемся им, чтобы сделать забавную игрушку.

Согнём два куска достаточно упругой проволоки под прямым углом так, чтобы у нас на сгибе получилось колечко. Колечки эти наденем на наши гвозди; нижние концы проволок воткнём в грушу и яблоко и загнём их внизу, чтобы наши гири не соскользнули с проволоки. К верхним концам приклеим сургучом фигурки фехтовальщиков, как показано на рисунке. Толкнём теперь яблоко и будем любоваться потешной дуэлью двух врагов. Они будут яростно нападать друг на друга, но никому из них не удастся ни разу задеть шпагой своего противника.

Маятник-художник

Если мы выведем маятник из вертикального положения и отпустим, он совершит ряд колебаний, причём каждый раз будет проходить через прежнее своё вертикальное положение. Но если мы не просто отпустим, а толкнём его вбок, чтобы он не проходил через вертикаль, он опишет более или менее сплюснутый эллипс, причём этот эллипс и сам будет медленно поворачиваться вокруг своего центра в том же направлении, в котором двигается груз. В этом можно убедиться на очень простом опыте.

Подвесим на крепкой нитке тяжёлую книгу. Рядом с ниткой на столе укрепим две соломинки АВ и ВГ, соединённые булавкой в точке В. Конец А одной из соломинок приколот к столу булавкой. Булавка В только скрепляет соломинки, она не вколота в стол. Соломинка ВГ слегка расщеплена на конце Б, чтобы в щель можно было ввести нитку, на которой подвешена книга; после того как нитка введена, конец щели заклеивается капелькой сургуча. В точке Г эта соломинка проколота тонкой иголкой, остриё которой опирается на закопчённое стекло, положенное на стол.

Теперь толкнём книгу так, чтобы нитка описывала в воздухе конус. Наш маятник приведёт в движение соломинки, и остриё иглы станет чертить по копоти пути, проходимые в воздухе нашим маятником. Мы приводим здесь уменьшенную копию пути; этот рисунок вычертила игла по копоти на стекле.

Ещё несколько опытов по механике

Вверх по скату

Этот опыт с первого взгляда противоречит законам тяжести.

Склей основаниями два картонных конуса. Устрой наклонную плоскость, положив две палки на две книги разной высоты. Не забудь их раздвинуть, чтобы расстояние между палками на большой книге было больше, чем расстояние между палками на маленькой книге.

Положи теперь свою картонную фигуру на палки. Зрителю покажется, что конусы катятся кверху.

Он ошибётся, конечно, потому что палки раздвинуты под углом, и ось конусов, на которой находится их центр тяжести, не повышается, а понижается. Так что на самом деле конусы будут катиться не кверху, а книзу.

Вверх по линейке

Сейчас два конуса катились у нас вверх по наклонным палкам. Давай проведём ещё один опыт, который на первый взгляд противоречит законам тяжести. Из плотной бумаги или из тонкого картона склей кольцо; на внутреннюю сторону его приклей пломбу или просто кусочек сургуча. Поставь кольцо вертикально на наклонную плоскость так, чтобы пломба находилась около вертикального диаметра кольца со стороны, обращённой к приподнятому краю наклонной плоскости. Отпусти кольцо, и благодаря дополнительному грузу твоё кольцо покатится вверх по скату. Когда пломба опустится до наклонной плоскости, кольцо остановится в этом положении. Если ты склеишь круглую коробку и груз упрячешь внутрь, зрители будут ахать и охать, не понимая, почему эта коробка катится вверх по склону.

Послушная груша

На нитке к потолку подвязана груша.

Как поставить под ней нож так хитро, чтобы груша, упав, рассеклась о лезвие ножа на две половинки?

Для этого достаточно окунуть грушу в стакан с водой и быстро убрать стакан. Несколько капель упадёт на стол или на пол, а мы приметим, куда они упали. Никто не должен знать о нашей хитрости. Зрители придут, увидят грушу, подвешенную к потолку, а о капле воды мы им не скажем. Просто в нужную минуту мы подставим под грушу нож, а кто-нибудь пережжёт нитку. И нож рассечёт грушу на две равные части.

После некоторого навыка мы возьмёмся, пожалуй, подставить под грушу два ножа, крест-накрест, и в чашку, помещённую под ножами, свалится с потолка четыре равные четвертушки!

Передача толчка через ряд монет

В физических кабинетах этот опыт показывают, пользуясь рядом шаров из слоновой кости, подвешенных на тонких нитях. А нам хватит нескольких двугривенных.

Разложим их на столе рядком на одной линии так, чтобы они прикасались друг к дружке. Одну из монет отведём в сторону и толкнём так, чтобы она скользнула по столу и ударила в крайнюю монету ряда. Толчок благодаря упругости монет передастся по всему ряду, и последний двугривенный оторвётся и отъедет в сторону. Если ударим двумя монетами сразу, две монеты оторвутся от ряда.

Нужно только, чтобы стол был очень скользким и удар был направлен точно. Немножко тренировки – и опыт удастся отлично.

Упрямая звёздочка

Слепи из свежего хлеба неуклюжую звёздочку, такую, как у нас на рисунке, и примерно такой же величины.

Попробуй, брось её изо всех сил об пол. Она подпрыгнет – и ничего ей не сделается: упругие отростки спружинят и выпрямятся как ни в чём не бывало.

Можешь даже положить эту хлебную звёздочку на стол и сильно стукнуть по ней кулаком. Тебе всё равно не удастся её сплющить: её спасёт упругость.

Помни только, что звёздочку нужно слепить непременно из свежего хлеба; иначе ничего не выйдет из этого опыта.

Катапульта из перьев

Вряд ли в военном музее, среди старинных метательных машин, катапульт и баллист, ты найдёшь такое орудие. Наша катапульта стреляет комочками бумаги или катышками хлеба. Ни шума, ни дыма!

Чтобы построить эту катапульту, нам понадобятся только три пёрышка, годятся и перья, не годные для письма. Воткни два пера в стол (только, чур, не в школьную парту) вертикально, одно позади другого, на расстоянии, равном длине пера.

Осторожно, чтобы не сломать концы, отогни назад переднее перо и придержи его концом третьего пера, пропущенным в вырез второго. Пружина натянута; положи на неё свой снаряд и потяни назад третье перо. Катапульта тотчас же выстрелит. Она метнёт твой снаряд на 5–6 м!

Крепкая игла

Кажется, невозможно иголкой, да ещё тонкой, пробить трёхкопеечную монету. Между тем это совсем нетрудно.

Достаточно проткнуть пробку иголкой так, чтобы чуть-чуть показалось остриё; потом выступающее ушко надрезать напильником и отломить. Если теперь поставить пробку на монету (как у нас на рисунке) и с силой совершенно прямо ударить по пробке молотком, игла легко пробьёт монету, потому что сталь твёрже сплава, из которого отчеканена монета, а пробка не даёт игле согнуться.

Опыты с жидкостями и газами

Полный или неполный?

Налей в стакан воду до самого края. Полон он или не полон? Ты говоришь – полон. Проверим.

Возьмём два десятка гривенников и будем опускать в стакан монетку за монеткой. Если погружать гривенники в воду осторожно, без всплеска, немало их поместится в этом «полном» стакане, и вода не скоро начнёт переливаться через край; при этом поверхность воды в стакане понемногу примет выпуклую форму.

Иголки и булавки на воде

Поверхность воды представляет собой довольно упругую плёнку. Если положить на воду иголку или булавку так осторожно, чтобы их не смочила вода, эта плёнка отлично выдержит их тяжесть; иголка будет плавать, вернее, лежать на упругой плёнке, и даже невооружённым глазом можно будет видеть, как под тяжестью иголки вогнулась поверхность воды.

Вот несколько способов, которыми можно положить иголку или булавку на воду, не прорвав поверхностной плёнки.

Можно подвесить булавку на двух нитках, а потом, когда она ляжет на воду, убрать эти нитки. Трудность тут в том, чтобы, убирая нитки, не задеть ими булавку.

При известной ловкости можно, держа булавку за остриё, положить её на воду и отпустить в тот момент, когда она совпадёт со своим отражением. Тут нужна очень уверенная рука.

Гораздо легче положить булавку на вилку, потом погружать вилку в воду, понемногу поворачивая её отвесно.

Наконец, самый лёгкий способ: положить на воду листок папиросной бумаги, на него положить булавку. Бумага намокнет через минуту-другую и пойдёт ко дну; булавка же останется на поверхности воды.

Если ты намагнитишь предварительно иголку, а потом положишь её на воду, у тебя получится отличный компас: намагниченный конец иглы будет точно указывать на север.

«Русские горки»

Урони каплю воды на бумагу – эта капля расплывётся широким кругом: вода смочит бумагу.

Но если ты промаслишь бумагу или закоптишь её над пламенем свечи, капля будет кататься по бумаге сплющенным шариком. Этим свойством жидкости мы воспользуемся, чтобы устроить забавную игру.

Возьми длинную полосу плотной бумаги (можешь склеить её из нескольких кусков) и закопти её хорошенько над керосиновой лампой*<sup>[9]9
  Свеча тоже годится, но нужно действовать осторожно, чтобы не сжечь бумагу.


[Закрыть]</sup>. Расставь на столе несколько подставок различной высоты, мал мала меньше. Приколи к этим подставкам бумажную полосу так, чтобы она изогнулась волнами; чем дальше от самой высокой подставки, тем круче должны изгибаться волны. Под нижний конец бумажной ленты подставь тарелку. С верхнего конца пусти каплю воды. Она покатится по наклонной плоскости, с разгона поднимется на первый холмик, перевалит через него и побежит дальше. Капля будет бежать за каплей, через все «горки», прямо в тарелку. Кажется даже, что капли стараются при этом перегнать друг дружку.

Спички-лакомки

В миску с водой положи несколько спичек. Расположи их звездой, а в центре звёздочки дотронься до воды заострённым кусочком мыла; спички тотчас же разбегутся в стороны: мыло приводит их в ужас, как кое-кого из знакомых моих ребят.

Чтобы собрать беглецов, окуни в воду в центре кусок сахара. Спички – большие лакомки, они тотчас же подбегут поближе и соберутся вокруг него.

Вместо спичек можно пустить на воду маленьких рыбок, вырезанных из дерева. Тогда этот опыт будет ещё забавнее.

Волшебные фигуры

Нарисуй на маленьком квадратном листке бумаги какую-нибудь геометрическую фигуру: квадрат, треугольник, прямоугольник, многоугольник. Но рисуй карандашом, смоченным водой. Пусти листок плавать на воду, кверху рисунком, и осторожно заполни нарисованную фигуру водой. Это будет не очень трудно, так как влажные линии, проведённые мокрым карандашом, будут служить границами рисунка и помешают воде растечься за эти грани.

Возьми теперь булавку и дотронься её остриём до треугольника в любом месте таким образом, чтобы булавка погрузилась в воду, но не касалась бумаги. Тотчас же листок придёт в движение и будет двигаться до тех пор, пока геометрический центр треугольника не расположится точно под остриём булавки! Тут листок сам собой остановится. Повтори этот опыт с квадратом и прямоугольником; когда листок остановится, остриё булавки будет находиться над точкой пересечения диагоналей.

Послушные пробки

Попробуй возьми семь одинаковых пробок и заставь их плавать в воде в вертикальном положении. Они будут упрямо ложиться набок и ни за что не захотят тебя слушаться.

А мне эти пробки послушны. Вот посмотри.

Я беру одну пробку и ставлю её вертикально на стол, вокруг неё устанавливаю остальные шесть. Теперь беру сразу всю семёрку, погружаю пробки полностью в воду, чтобы вода смочила их со всех сторон, приподнимаю немного – пробки сидят в воде только нижней своей частью. Отпускаю – и пробки послушно стоят на воде, тесно прижавшись друг к дружке.

Не намочив руки

В таз с водой брось монету или колечко; объяви, что ты достанешь монету рукой, не намочив руки.

Для этого достаточно запорошить поверхность воды каким-нибудь порошком, который держится на воде, не намокая. Таким порошком является ликоподий; его можно достать в аптеке[10]10
  Нужно спросить в аптеке детскую присыпку. (Примеч. ред.)


[Закрыть].

Насыпь немного ликоподия на воду, затем смело погружай руку и доставай монетку. Вода не посмеет коснуться твоей руки, одетой в «перчатку» из ликоподия. В такой «перчатке» ты можешь бесстрашно погружать руку даже в очень горячую воду; руке будет горячо, но вода не обварит её, потому что между водой и кожей руки будет тонкий слой ликоподия и воздуха.

Сила сцепления

Вырежь из картона прямоугольную полоску с кружком на одном конце; перегни полоску дважды под прямым углом, как показано на рисунке, расстояние между сгибами должно быть равно примерно 5 см. Места сгибов можно укрепить, подклеив ещё одну полоску картона.

Уравновесь этот «прибор» на краю пустого стакана, передвигая картонку то вперёд, то назад. Равновесие должно быть таким точным, чтобы металлическое перо, положенное на конец картонной полосы, заставляло подняться кружок.

Теперь осторожно лей воду в стакан, пока круг не ляжет на воду. Если ты будешь класть монеты на полоску картона, они теперь не так-то скоро перетянут наше коромысло. Картонный круг будет лежать на воде, удерживаемый чудесной силой. Чтобы преодолеть эту силу, придётся положить много монет.

Сила эта называется силой сцепления; в физических кабинетах учёные изучают её при помощи очень сложных приборов.

Яйцо в солёной воде

Возьми две одинаковые банки А и Б и третью банку В, вдвое большую. В банку А налей чистой воды. Если мы опустим в неё сырое яйцо, оно тотчас же пойдёт ко дну.

В банку Б налей крепкого раствора соли; тут яйцо будет плавать, его никак не потопишь, потому что плотность солёной воды гораздо больше, чем плотность пресной. Недаром в море легче плавать, чем в реке.

Налей теперь в банку В воды из обеих маленьких банок; если мы будем понемногу подливать в неё то пресной, то солёной воды, то скоро получим такой раствор, в котором яйцо не будет идти ко дну и не будет всплывать на поверхность; оно будет держаться, как подвешенное, посреди раствора: вес жидкости, вытесняемой погружённым в неё яйцом, как раз будет равен весу яйца. Подольём теперь немножко пресной воды – яйцо потонет. Подольём солёной – яйцо всплывёт.

Так несколько раз можно проделать этот опыт, удивляя всех присутствующих.