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

Пять этажей

Попробуем налить в стакан пять разных жидкостей так, чтобы они не смешались и стояли одна над другой, в пять этажей. Впрочем, нам удобнее будет взять не стакан, а узкий, расширяющийся кверху бокал.

1. Налей на дно бокала немного очень сладкого холодного кофе.

2. Сверни из бумаги фунтик и загни его конец под прямым углом; кончик его отрежь. Отверстие в фунтике должно быть величиной с булавочную головку. Налей в этот рожок чистой воды; тонкая струйка должна вытекать из него горизонтально, разбиваться о стенку бокала и понемногу стекать на кофе. Когда слой воды по высоте сравняется с высотой слоя кофе, прекрати лить воду.

3. Из второго рожка налей таким же образом в бокал красного вина.

4. Из третьего рожка налей слой масла.

5. Из четвёртого рожка налей слой денатурированного спирта.

Вот и получилось у нас пять этажей жидкостей в одном бокале. Все разного цвета и разной плотности. Самые тяжёлые – внизу, самые лёгкие – сверху.

Извержение Везувия

В широкий стеклянный сосуд, наполненный водой, поставь пузырёк денатурата, подкрашенного чернилами, или пузырёк спиртовой туши. В пробке пузырька должно быть небольшое отверстие. Вода имеет большую плотность, чем спирт, она постепенно будет входить в пузырёк, вытесняя оттуда тушь или окрашенный чернилами денатурат. Красная, синяя или чёрная жидкость тоненькой струйкой будет подниматься из пузырька кверху.

Ты можешь сделать из гипса, из глины или из песка гору, в которой будет спрятан пузырёк. Через маленькую дырочку из вершины этой горы будет подниматься цветная струйка. Если ты вдобавок будешь чуть-чуть покачивать большой сосуд, у тебя получится замечательное извержение вулкана: цветная жидкость будет клубиться над вершиной Везувия, будто дым и пепел под ударами ветра.

Удивительный подсвечник

Не правда ли, удивительный подсвечник – стакан воды? А этот подсвечник совсем не плох.

Утяжели конец свечи гвоздём. Рассчитай величину гвоздя так, чтобы свеча вся погрузилась в воду, только фитиль и самый краешек стеарина должны выступать над водой.

Зажги теперь фитиль – и можешь смело держать пари, что твоя свеча выгорит до конца.

– Позволь, – скажут тебе, – ведь через одну минуту свеча догорит до воды и погаснет!

– В том-то и дело, – ответишь ты, – что свеча с каждой минутой короче. А раз короче, значит, и легче. Раз легче, значит, она всплывёт.

И правда, свеча твоя будет понемножку всплывать, причём охлаждённый водой стеарин у края свечи будет таять медленнее, чем стеарин, окружающий фитиль.

Поэтому вокруг фитиля образуется довольно глубокая воронка; она показана у нас на рисунке справа. Эта пустота, в свою очередь, облегчает свечу, потому-то наша свеча и сгорит до конца.

Снизу вверх

Представим себе, что картонный кружок погружён в воду в горизонтальном положении. Он будет испытывать давление снизу вверх, равное весу водяного столба, у которого основание равно площади кружка, а высота равна высоте всего слоя жидкости, лежащего над кружком.

Докажем это на опыте. Возьмём банку, на ³/₄ наполненную водой, три ламповых стекла разной формы и картонный кружок.

Одно стекло состоит из двух цилиндров разных диаметров. Второе стекло – правильный цилиндр. Наконец, третье стекло очень расширено в своей нижней части. Диаметры нижних отверстий у всех трёх стёкол должны быть равны. На все три стекла, на одинаковой высоте, наклеим по бумажному колечку, чтобы нам удобнее было наблюдать за уровнем воды внутри стёкол.

Прижмём картонный кружок к нижнему отверстию самого узкого стекла и погрузим стекло в банку. Осторожно отнимем руку от кружка; он по-прежнему остаётся прижатым к отверстию; вода не проникает в стекло. Для того чтобы картонка отпала, нам придётся лить воду в стекло до тех пор, пока уровень воды в стекле не сравняется с уровнем воды в банке.

Отольём из банки столько же воды, сколько мы в неё влили, и возьмёмся за второе стекло. Вольём в него всю воду, использованную нами при первом опыте; этой воды окажется недостаточно, чтобы оторвать картонный кружок от отверстия. Нам придётся добавлять воды до тех пор, пока не сравняются уровни жидкости внутри стекла и снаружи. Для третьего стекла воды понадобится ещё больше.

Мы видим, что во всех трёх случаях картонный кружок отпадает только тогда, когда сравняются уровни воды внутри и снаружи стекла, независимо от формы и объёма этих стёкол, а значит, и независимо от веса влитой воды. Имеет значение только высота столба жидкости над нашим кружком или вес этого вертикального столба.

Когда ты будешь делать эти опыты, у тебя картонка будет отпадать немного раньше, чем сравняются уровни жидкости в стекле и в банке, потому что картонка ведь имеет свой собственный вес.

Весы из палки

Эти весы ты можешь сделать за 10 минут, если у тебя есть большая стеклянная банка. Возьми круглую палку длиной в 20–30 см. К одному концу приладь грузило так, чтобы палка, опущенная в воду, погрузилась примерно на ²/₃. К другому концу палки приладь чашу весов – кружок из плотной бумаги или почтовую открытку. Вот и готовы весы, осталось только нанести деления.

Отметь, до какой точки на палке доходит вода. Теперь положи на чашу весов пятачок (он весит 5 г)[11]11
  Сейчас к 5 г ближе всего современная монета в 2 рубля, её масса – 5,13 г.


[Закрыть]. Палка опустится немножко глубже. Нанеси второе деление. Потом положи на первый пятак второй, отметь третье деление, потом третий, четвёртый. Вот и готова шкала, и работе конец.

Простая хитрость

Как поднять стакан, почти полный воды, раскрытой рукой? Он должен прилипнуть к ладони!

Поставь стакан на стол и накрой его ладонью, согнув пальцы под прямым углом, как показано на нижней части нашего рисунка.

Если теперь, продолжая прижимать ладонь к краю стакана, ты разом, резким движением, разогнёшь пальцы, под ладонью у тебя образуется пустота (вернее, разреженный воздух), и этого будет достаточно, чтобы атмосферное давление победило силу тяжести и стакан с водой, присосавшийся к твоей ладони, поднялся в воздух.

Не рассчитывай на то, чтобы этот опыт удался сразу. Испробуй стаканы и рюмки разных размеров; удобнее всего, пожалуй, будет стаканчик для бритья: он металлический, не разобьётся. И по ширине он как раз подойдёт к ширине ладони.

Необычайный маятник

Всякий знает, что, если покрыть стакан с водой листком плотной бумаги и быстро перевернуть его кверху дном, вода не выльется: атмосферное давление удержит и листок, и воду. Мы можем этот опыт сделать иначе, ещё интереснее.

Проколем в листке картона дырочку, завяжем на крепкой нитке узелок и пропустим нитку в дырочку. Потом залепим дырочку воском или сургучом, чтобы через неё не проходил воздух. Накроем нашей картонкой стакан, до краёв полный водой, и подвесим его на нитке к потолку. Вот и готов маятник; его можно раскачивать довольно сильно, и стакан не оторвётся от своей крышки.

Советуем предварительно смазать жиром края стакана, чтобы он плотнее пристал к картону. А кроме того, рекомендуем для начала взять… небьющийся стакан.

Поилка для птиц

У кур есть плохая привычка грязнить воду в поилке: они забираются в неё с лапками. К тому же на солнце вода быстро испаряется, поилки нужно то и дело наполнять снова. Вот поилка, в которой всегда будет достаточно чистой воды.

Горлышко бутылки тут не доходит до дна мисочки. Вода в поилке стоит на уровне края горлышка. Когда куры отопьют воды, несколько пузырьков воздуха войдёт в бутылку, и опять уровень воды в поилке поднимется до горлышка.

Это очень удобная поилка, а устроить её совсем легко.

Необыкновенный источник

Сейчас мы устроим необыкновенный, перемежающийся источник.

Резервуаром для воды будет ламповое стекло, с обоих концов заткнутое пробками. Переверни его и вставь узким концом в пробку, вырезанную кольцом (пробку можно заменить картошкой); в эту пробку треножником воткни три вилки одинаковой длины.

На большое блюдо или на дно умывального таза поставь три пробки, а на них положи крышку от жестяной банки. В центре крышки нужно пробить отверстие гвоздём или шилом. На крышке установи треножник, как показано на рисунке.

В пробке, которой заткнут снизу наш резервуар, сделай четыре отверстия. Одно должно быть в центре; в него пропусти длинную макаронину. Верхний конец макаронины должен торчать выше уровня воды, а нижний доходить почти до самой жестяной крышки, но не упираться в неё. В три другие дырки, расположенные по краю пробки, вставь три маленькие изогнутые макаронины. (Для того чтобы согнуть макаронину, нужно размягчить её в тёплой воде, а потом высушить.) На нашем рисунке А – пробка показана в разрезе, В – та же пробка сбоку со вставленными в неё макаронинами.

Вот как будет работать наш прибор. Воздух проходит через макаронину в резервуар и оказывает давление на поверхность воды; вода вытекает из маленьких трубочек в металлическую крышку, а из неё через дырочку в таз. Но так как сечение этой дырочки меньше, чем сечение всех трёх макаронин вместе, уровень воды в крышке повышается и закрывает нижний конец длинной трубки. Тогда истечение воды прекращается, уровень воды в крышке начинает понижаться; конец длинной трубки опять открывается, снова входит воздух в резервуар, и снова из трёх кранов нашего источника начинает течь вода; она течёт, пока не повысится уровень жидкости в крышке и не погрузится в воду конец макаронины. Так, перемежаясь, будет вытекать вода из резервуара, пока не вытечет вся.

Сосуд Тантала

Сделай маленькое отверстие в одном конце яичной скорлупы, широко открытой с другого конца, и укрепи в этом отверстии соломинку. Тот конец соломинки, который торчит внутри скорлупы, накрой напёрстком. Соломинка должна доходить почти до дна напёрстка, но не упираться в него.

Другой конец соломинки пройдёт через пробку, в которую воткнуты наискось три вилки: это подставка для нашей скорлупы. Залей сургучом место соединения соломинки со скорлупой; сургучом же приклей скорлупу к пробке, в которой предварительно сделай небольшое углубление.

Подставь под треножник стакан – и прибор готов. В физических кабинетах такой сосуд носит название сосуд Тантала.

Лей теперь воду в скорлупу; уровень воды будет подниматься до тех пор, пока не сравняется с донышком напёрстка. В этот момент вода станет вытекать из скорлупы. Тут начнёт действовать сифон, на принципе которого построен сосуд Тантала, и из волшебного сосуда вытечет вся вода, какая есть в нём.

Если равномерная струйка воды будет вливаться в яйцо, эта вода будет вытекать из сосуда одинаковыми порциями, с правильными промежутками.

Пневматический подъёмник

Очень хороший пневматический подъёмник можно сделать из простой редиски. Разрежь редиску поперёк, возьми половинку с корешком и слегка выдолби мякоть, не задевая края, покрытого кожицей.

Теперь нужно только притереть подъёмник к тарелке. Смачивать редиску не нужно, в ней достаточно влаги. При нажиме часть воздуха вышла из углубления в редиске, – у нас получился колокол с разреженным воздухом. Мы можем взять теперь редиску за хвостик и поднять. Вместе с подъёмником поднимется и тарелка.

Сжимаемость воздуха

Воздух, как все газы, обладает способностью сжиматься. Вот очень простой фокус, которым это можно доказать.

Покажи товарищам бутылку, до половины наполненную водой. Ты держишь горлышко в правой руке, зажимая отверстие бутылки большим пальцем. Вдруг ты чуть-чуть сдвигаешь палец, приоткрывая немножко отверстие, и длинная, тонкая струйка воды вылетает из бутылки.

Подготовить этот фокус нетрудно: нужно с силой вдуть в бутылку воздух в несколько приёмов, каждый раз зажимая отверстие, пока переводишь дух. При этом воздух в бутылке будет сжиматься всё сильнее и сильнее; давление внутри бутылки станет больше, чем снаружи, и это давление выбросит воду сквозь узкую щёлку не хуже поршня.

Масло и вода

Налей воды в банку на ³/₄ и просверли в пробке две дырки для двух толстых соломинок ржи; каждая соломинка имеет длину около 15 см[12]12
  Здесь и далее, где не уточнено особо, можно взять и подходящую пластиковую соломинку или любую другую трубочку. (Примеч. ред.)


[Закрыть]. Одна соломинка погружена глубоко в воду, как это показано на рисунке; другая не достигает воды.

К верхним концам соломинок приладь просверленные ореховые скорлупки, вместо воронок[13]13
  Подойдут и пластиковые крышечки от бутылок. (Примеч. ред.)


[Закрыть]. Если ты будешь лить воду в верхнюю скорлупку, она будет стекать в банку и выгонять такое же количество воды из банки через другую соломинку во вторую скорлупку; к этой второй скорлупке ты приладь соломенную трубку, чтобы вода вытекала через неё в стакан.

После таких несложных приготовлений можно показать поразительный фокус.

Возьми вместо банки бутылку тёмного стекла, чтобы не видно было, что в ней происходит, и объяви зрителям, что ты сейчас превратишь масло в воду. Лей в верхнюю скорлупку, скажем, подсолнечное масло; оно будет плавать в бутылке на поверхности воды, между тем как из второй скорлупки потечёт в стакан чистая вода. Можешь выпить эту воду; она и пахнуть не будет маслом.

Не забудь только, что бутылка должна быть закупорена герметически; все щели залей сургучом.

Золотая рыбка

Проколи с обоих концов яйца по маленькой дырочке и выдуй из скорлупы содержимое.

Если ты охотник до сырых яиц, можешь проколоть одну дырочку и высосать яйцо. Если нет, сделай две дырочки и одну из них залепи сургучом.

Нарисуй теперь на скорлупе два больших глаза.

Сшей из двух кусочков красной бумазеи мешочек по образцу, показанному у нас на рисунке; как ты вырежешь рыбку, какие сделаешь ей плавники, это не важно; важно только, чтобы мешочек, очерченный на рисунке пунктиром, был рассчитан по размеру яйца.

В этот мешочек насыпь немного дроби, потом натяни мешочек на скорлупу и приклей сургучом. Груз должен быть рассчитан так, чтобы рыбка плавала на поверхности воды, но при малейшем толчке опускалась в глубину.

Вот и готова рыбка. Она будет по твоему желанию то нырять, то всплывать, потому что ты поместишь её в банку, полную воды и затянутую сверху резиновой перепонкой.

При самом слабом нажиме на перепонку в яйцо через дырочку вольётся немного воды, рыбка станет тяжелее и нырнёт. Прекратится нажим – сжатый воздух выбросит из скорлупки воду, и рыбка снова поднимется на поверхность.

Эта рыбка настолько послушна, что зрителям будут совершенно не заметны движения твоей руки.

Фонтан в банке

Наполни водой на ³/₄ небольшой пузырёк из-под лекарства. Пропусти сквозь пробку соломку или полый стебелёк травы как можно меньшего диаметра. Этой пробкой очень плотно закупорь пузырёк; соломинка должна доходить почти до дна.

Накрой теперь пузырёк стеклянной банкой, которую предварительно подержи несколько мгновений опрокинутой над пламенем свечи. Банка скоро начнёт остывать и втягивать в себя воздух снаружи. Но ты подложи под пузырёк и под большую банку несколько листов смоченной в воде пропускной бумаги[14]14
  Пропускная бумага – также промокательная бумага; бумага с высокой поверхностной впитывающей способностью для осушения чернил при письме. (Примеч. ред.)


[Закрыть] или кусок резины и плотно прижми сверху банку, опрокинутую над пузырьком. Тогда воздух снаружи не сможет войти в банку. Давление воздуха в пузырьке будет больше, чем в банке, и поэтому из верхнего конца соломинки ударит фонтан.

Тяжёлая газета

Положи на стол дощечку в 5–6 мм толщины, примерно 20 см ширины и 60 см длины. Уравновесь её на краю стола так, чтобы при малейшем нажиме она наклонялась или падала.

Теперь поверх установленной в таком положении дощечки расстели газетный лист большого формата. Если ты с силой ударишь кулаком по выступающему концу дощечки, то, к великому своему изумлению, увидишь, что дощечка удержалась на месте, точно приколоченная гвоздями! Её удержало давление воздуха на всю поверхность газетного листа.

Прыгающая монета

Положи гривенник на стол и предложи товарищу взять его, не дотрагиваясь ни до гривенника, ни до стола.

Чтобы сделать это, нужно только держать руку щитком позади монетки и дунуть резко на стол, в 4–5 см впереди гривенника.

Воздух, сжатый твоим дуновением, проникнет под монету и подбросит её прямо тебе в горсть.

Тут нужен очень небольшой навык.

Присмотрись получше к рисунку – на нём очень ясно видно положение фокусника, руки и монеты. Кстати, тут вместо фокусника изображён художник Пуайе, который так славно иллюстрировал эту книгу.

Ловкая монетка

Возьми рюмку конической формы, такую, как на рисунке. Положи на дно копеечную монетку, а сверху – пятак или полтинник; большая монета должна лежать чуть пониже края рюмки. Она лежит горизонтально, точно крышка. Можешь объявить, что, не дотрагиваясь ни до рюмки, ни до большой монеты, ты выгонишь из рюмки копейку.

Для этого достаточно с силой подуть на край большой монеты; она повернётся вокруг своего диаметра и займёт вертикальное положение; в этот момент сжатый твоим дуновением воздух выбросит из стакана копейку, а затем большая монета снова займёт своё прежнее горизонтальное положение.

Больше бутылки

Возьми бутылку, отверстие которой около 2 см в поперечнике. Держа донышко бутылки в правой руке, прижми большой палец левой руки мякотью к горлышку так, чтобы почти полностью закрыть отверстие; должна остаться только узенькая щёлка. Прижми теперь плотно к этой щёлке губы и с силой дуй в бутылку. Дуй непрерывно 3–4 секунды; не переставая дуть, вдруг резким поворотом левой руки зажми щёлку. Теперь в этой бутылке – больше бутылки воздуха.

Если ты наклонишь её и, держа горлышко примерно в 3 см от пламени свечи, резким поворотом левой кисти чуть-чуть приоткроешь щёлку, лишний воздух с силой вырвется из бутылки и погасит свечу.

Упрямая пробка

Возьми пробку поуже, чем горлышко бутылки, такую, которая свободно вошла бы в бутылку, не прикоснувшись к стенкам горлышка. Положи её в горлышко, у самого края, и предложи товарищу загнать её в бутылку сильным дуновением. Это кажется очень просто. Твой товарищ будет дуть на маленькую пробку изо всех сил, но пробка будет выскакивать из горлышка тем энергичней, чем сильнее будет дуновение. Товарищ попробует подуть тихонько, но упрямая пробка всё равно не войдёт в бутылку.

Дело в том, что во время дуновения некоторое количество воздуха попадает в бутылку; воздух в бутылке сжимается и выталкивает пробку из горлышка. Есть, однако, несколько способов сладить с упрямицей; вот два из них:

1. Вместо того чтобы вдувать воздух в бутылку, попробуй втянуть в себя воздух из бутылки; тогда, как только ты отведёшь губы от горлышка, входящий в бутылку воздух втолкнёт в неё пробку.

2. Через трубочку макаронины или соломинку подуй точно на основание пробки – и она тотчас же скользнёт в бутылку.

И в том и в другом случае бутылка внутри должна быть совершенно сухой, чтобы пробка не прилипала к стенкам.

Четыре опыта

Посмотришь на этот рисунок, непременно подумаешь: «Наверное, это всё склеено каким-нибудь особенным клеем для стекла».

Но тут нет клея. Действует только атмосферное давление. Это видоизменение знаменитого опыта с «магдебургскими полушариями». У нас нет мощных насосов, мы можем только немного разредить воздух, но этого достаточно для наших опытов.

Рюмка и тарелка. Подвесь к потолку рюмку за ножку и подержи под ней горящую бумагу. Воздух от нагревания расширится. Если тотчас же смазать края рюмки жиром и плотно прижать к ним тарелку, в рюмке окажется разреженный воздух, и атмосферное давление не позволит тарелке упасть.

Тарелка и бутылка. Горлышко бутылки узко, поэтому второй опыт сделать довольно трудно; нужно возможно сильнее разредить в бутылке воздух. Для этого следует поместить бутылку горлышком вниз над кипящей водой. Когда бутылка наполнится парами воды, прижми её, смазав жиром горлышко, к тарелке и держи так, пока она не остынет. Бутылка прочно присосётся к тарелке.

Третий опыт гораздо легче. На этот раз бутылку нужно одно мгновение подержать над кипящей водой донышком книзу.

Две бутылки. Точно так же можно «склеить» две бутылки донышками. Наши «магдебургские полушария» будут держаться довольно крепко. Если бы нам удалось полностью выкачать воздух между донышками, нужна была бы немалая сила, чтобы оторвать одну бутылку от другой.

Вспомним, что давление воздуха на 1 см² поверхности составляет 1 кг. Поверхность донышка бутылки – около 20 см². Значит, наша бутылка могла бы удержать своим донышком груз до 20 кг!

Пневматический пистолет

От гусиного пера отрежь трубку длиной около 8 см. Выстругай из дерева палочку так, как изображено на рисунке – круглую, с квадратной ручкой. А снаряды изготовь из картошки. Нарежь картофелину на ломтики толщиной в палец; потом поставь на такой ломтик трубку своего пистолета одним концом и нажми. Картофельный снаряд останется в трубке. Тогда ты повернёшь её другим концом и вырежешь второй цилиндрик. Твой пневматический пистолет теперь заряжен. Толкни поршнем один из цилиндров; воздух впереди него сожмётся и с силой выбросит из трубки второй цилиндр.