Текст книги "Знаете ли вы физику?"

Что больше сжимается под сильным давлением С вода или свинец?

В открытый ящик из переклейки с парафинированными стенками, 20 см длины и 10 см ширины, налита вода до высоты 10 см (рис. 28). В ящик стреляют из ружья С и он разносится в щепки, а вода превращается в облако мелкой пыли.

Чем объяснить подобное действие выстрела?

^{Рис. 28. Стрельба по ящику с водой}

Может ли электрическая лампочка выдержать в воде давление груза в полтонны в условиях, показанных на рис. 29? Диаметр поршня 16 см.

^{Рис. 29. Уцелеет ли лампочка под таким давлением?}

Два сплошных цилиндра одинакового веса и диаметра, алюминиевый и свинцовый, стоймя плавают в ртути. Который сидит глубже?

Применим ли закон Архимеда к телам сыпучим?

Как глубоко может погрузиться в сухой песок деревянный шар, положенный на его поверхность?

Может ли человек утонуть с головой в сыпучем песке?

Какое имеется лучшее доказательство того, что жидкость, свободная от действия внешних сил, принимает строго шарообразную форму?

В каком случае из крана самовара падают более тяжелые капли: когда вода горяча или когда она остыла?

1. Как высоко должна подняться вода в стеклянной трубке с просветом в один микрон?

2. Какая жидкость поднялась бы в такой трубке всего выше?

3. Какая вода поднимается в капиллярных трубках выше С холодная или горячая?

В отвесной капиллярной трубке жидкость поднимается на 10 мм над уровнем в сосуде. Как высоко поднимается она, если трубку наклонить под углом в 30° к поверхности жидкости (рис. 30)?

^{Рис. 30. В которой из трубочек вода поднимается выше?}

Имеются две тонкие стеклянные трубки, расширяющиеся к одному концу (рис. 31). В первую трубку у точки А введена капля ртути, во вторую у точки В С капля воды. При этом наблюдается, что капли не остаются в покое, а движутся вдоль трубок.

^{Рис. 31. Задача о двух тонких конических трубках}

Почему?

Куда капли подвигаются: к широкому или к узкому концу трубок?

Если на дно стеклянного сосуда с водой положить плотную деревянную пластинку, она всплывет. Если на дно такого же сосуда с ртутью положить стеклянную пластинку, она не всплывет. Между тем известно, что плавучесть стекла в ртути (разность удельных весов ртути и стекла) гораздо больше, чем дерева в воде.

Почему же деревянная пластинка в воде всплывает, а стеклянная в ртути не всплывает?

При какой температуре поверхностное натяжение жидкости равно нулю?

С какой, приблизительно, силой сдавливается жидкость своим поверхностным слоем?

Почему водопроводный кран устраивают завинчивающимся (рис. 32), а не поворотным, как в самоваре?

^{Рис. 32. Почему водопроводные краны устраиваются завинчивающимися?}

Какая жидкость С вода или ртуть С вытечет из воронки скорее, если высота уровней одинакова?

1. Ванна с отвесными стенками может быть наполнена из крана в 8 минут, а опорожнена через выпускное отверстие (при закрытом кране) в 12 минут. Во сколько времени наполнится она, если при открытом выпускном отверстии держать первоначально пустую ванну под открытым краном?

2. Ванна наполняется в 8 минут; при закрытом кране и открытом выпускном отверстии она опоражнивается также в 8 минут. Сколько воды окажется в первоначально пустой ванне, если целые сутки наливать в нее воду из крана при открытом выпускном отверстии?

3. Решить ту же задачу, если продолжительность наполнения по-прежнему 8 минут, а опорожнения С 6 минут.

4. Решить ту же задачу, если продолжительность наполнения полчаса, а опорожнения С 5 минут.

5. Ванна опоражнивается в срок более короткий, чем продолжительность ее наполнения из крана. Удержится ли в ней хотя бы немного воды, если наливать первоначально пустую ванну и одновременно выпускать из нее воду?

^{Рис. 33. Головоломные задачи о наполнении ванны}

Во всех случаях, чтобы не осложнять решения, можно не принимать во внимание сжатия вытекающей струи и трения жидкости о края отверстия.

Опоражнивая ванну, мы замечаем близ выпускного отверстия водяной вихрь. В какую сторону он вращается: по часовой стрелке, против нее?

Почему в половодье поверхность реки слегка выпуклая, а в межень (т. е. при низком стоянии воды) – вогнутая (рис. 34 и 35)?

^{Рис. 34. Поверхность реки в половодье}

^{Рис. 35. Поверхность реки в межень}

Почему загибаются гребни морских волн, набегающих на пологий берег (рис. 36)?

^{Рис. 36. Почему гребни волн прибоя загибаются?}

III. Свойства газов

Назовите третью по количественному содержанию постоянную составную часть атмосферного воздуха.

Назовите самый тяжелый из газообразных элементов.

Если поверхность человеческого тела равна 2 м², то можно ли считать, что общее давление атмосферы на тело человека составляет 20 т (рис. 37)?

^{Рис. 37. 320 тысяч килограммов на наших плечах. Таким грузом отягчает нас 300-километровый столб воздуха. Не ощущаем мы его потому, что он действует не только сверху, но и снизу, а также изнутри, и потому уравновешивается (Рисунок и подпись С из научно-популярной книги)}

Насколько отличается от 1 атмосферы давление выдыхаемого и выдуваемого нами воздуха?

Давлением скольких примерно атмосфер пороховые газы выталкивают снаряд артиллерийского орудия?

^{Рис. 38. Почему бумажный лист не отпадает?}

В каких единицах выражают давление воздуха?

Общеизвестен опыт с листком бумаги, который не отпадает от краев опрокинутого стакана с водой (рис. 38). Опыт описывается в учебниках начальных классов и часто фигурирует в популярных книгах. Объяснение обычно дается такое: снизу на бумажку давит извне воздух с силою одной атмосферы, изнутри же напирает на бумажку сверху только вода с силою, во много раз меньшею (во столько раз, во сколько 10-метровый водяной столб, соответствующий атмосферному давлению, выше стакана); избыток давления и прижимает бумажку к краям стакана.

Если такое объяснение верно, то бумажка должна придавливаться к стакану с силою почти целой атмосферы (0,99 ат). При диаметре отверстия стакана 7 см на бумажку должна действовать сила приблизительно ¹/₄π · 7² = 38 кг. Известно, однако, что для отрывания бумажного листка такой силы не требуется, а достаточно самого незначительного усилия. Пластинка, металлическая или стеклянная, весящая несколько десятков граммов, вовсе не удерживается у краев стакана, С она отпадет под действием тяжести. Очевидно, обычное объяснение опыта несостоятельно.

Каково же правильное объяснение?

Сравните давление, производимое ураганом, и рабочее давление пара в цилиндре паровой машины. Во сколько примерно раз одно больше другого?

Сравните напор воздуха, выдуваемого ртом, с тягой в заводской 40-метровой трубе (рис. 39). Если и то и другое выразить в миллиметрах ртутного столба, то каково примерно их отношение?

Какой воздух богаче кислородом: тот, которым мы дышим, или тот, которым дышат рыбы?

В стакане холодной воды, внесенном в теплую комнату, появляются пузырьки. Объясните это явление.

Почему облака не падают?

На что сильнее влияет сопротивление воздуха: на полет ружейной пули или на движение брошенного мяча?

Физика утверждает, что молекулы газа находятся в непрерывном движении. Как же объяснить то, что вес несущихся в пустоте молекул передается дну сосуда?

^{Рис. 39. Задача о тяге в заводской трубе. Что сильнее: тяга в трубе или дуновение рта?}

Слон может оставаться под водою, дыша через хобот, выступающий над ней (рис. 40). Когда же пробовали подражать слону люди, заменяя хобот трубкой, плотно прилегающей ко рту, то наблюдалось кровотечение изо рта, носа, ушей, кончавшееся тяжелым заболеванием или даже гибелью водолаза. Почему?

^{Рис. 40. Почему человек не может следовать этому примеру?}

Шарообразная гондола стратостата ЗС-ОАХ-1 имела в диаметре 2,4 м с кольчугалюминиевыми стенками толщиною всего 0,8 мм.

Внутри гондолы поддерживалось при полете давление не ниже атмосферного, а на той высоте (22 км), какой шар достиг, давление наружного воздуха составляло около 0,07 ат. На каждый кв. сантиметр поверхности гондолы действовал изнутри избыток давления в 0,93 кг. Легко рассчитать, что полушария распирались с силою свыше 40 т.

Почему же кабина таким сильным давлением не была разорвана, подобно детскому воздушному шару под колпаком воздушного насоса?

Внутрь кабины высотного аэростата необходимо ввести извне конец клапанной веревки. Как устроить этот ввод, имея в виду, что воздух из кабины не должен быть выпущен в окружающую разреженную среду?

Верхний конец трубки чашечного барометра прикреплен к одной чашке весов; на другую чашку положены для равновесия гири (рис. 41).

Нарушится ли равновесие, если изменится барометрическое давление?

^{Рис. 41. Поколеблются ли весы, если атмосферное давление изменится?}

Как без всяких приспособлений пустить в действие сифон (рис. 42), не наклоняя сосуда и не пользуясь такими обычными приемами, как насасывание жидкости или полное погружение сифона в жидкость? Сосуд наполнен почти доверху.

^{Рис. 42. Как всего проще пустить этот сифон в действие?}

Может ли сифон действовать в пустоте?

Можно ли сифоном переливать газ?

Как высоко может поднять воду колодезный всасывающий насос (рис. 43)?

^{Рис. 43. Как высоко может поднимать воду такой насос?}

Под колоколом воздушного насоса помещен закрытый баллон с газом, давление которого нормальное. Если кран баллона открыть, газ устремится в окружающую пустоту со скоростью 400 м/с. Какова была бы скорость вытекания, если бы первоначальное давление газа в баллоне равнялось не 1 ат, а 4 ат?

Всасывающий насос поднимает воду потому, что под его поршнем разрежается воздух. При наибольшем практически достижимом разрежении вода поднимается на 7 м. Но если работа накачивания состоит лишь в разрежении воздуха, то поднятие воды на высоту 1 м и 7 м требует одинакового расхода энергии. Можно ли использовать это свойство водяного насоса для устройства дарового двигателя? Как?

Кипяток гасит огонь быстрее, чем холодная вода, так как сразу отнимает от пламени теплоту парообразования и окружает огонь слоем водяного пара, затрудняющего доступ воздуха. Ввиду этого, не следовало ли бы пожарным являться с бочками кипящей воды и из насосов поливать ею горящее здание?

Резервуар А (рис. 44) содержит воздух, сжатый под давлением больше 1 ат и при температуре окружающей среды. Давление сжатого газа измеряется высотой ртутного столба в манометре. Открыв кран В, выпустили из резервуара столько газа, что ртутный столб в манометрической трубке понизился до высоты, соответствующей нормальному давлению.

^{Рис. 44. К задаче о резервуаре с газом}

Спустя некоторое время было замечено, что, хотя кран оставался закрытым, ртуть в трубке снова несколько поднялась. Почему это произошло?

Если бы у дна океана на глубине 8 км появился пузырек воздуха, мог ли бы он всплыть на поверхность воды?

Вращается ли Сегнерово колесо (рис. 45) в пустоте?

^{Рис. 45. Будет ли Сегнерово колесо вращаться в пустоте?}

Что тяжелее: кубометр сухого воздуха или кубометр воздуха влажного – при одинаковых условиях температуры и давления?

Во сколько примерно раз разрежается воздух лучшими современными воздушными насосами?

Сколько приблизительно молекул остается еще в литровом сосуде, из которого воздух выкачан самым лучшим насосом? Хватило ли бы их, например, чтобы наделить по одной молекуле все население Москвы?

Как объясните вы существование земной атмосферы? Молекулы воздуха либо подвержены силе тяготения, либо ей не подвержены. Если не подвержены, то почему они не рассеиваются в пустом пространстве кругом Земли? Если же они тяжести подвержены, то почему не падают на поверхность Земли, а держатся над нею?

Может ли газ занимать только часть резервуара, оставляя другую часть пустой?

IV. Тепловые явления

Почему на шкале Реомюра точка кипения воды обозначена числом 80?

Почему на шкале Фаренгейта точка кипения воды обозначена числом 212?

Одинаковы ли все градусные деления на шкале ртутного термометра? А на шкале спиртового?

Можно ли устроить ртутный термометр для температуры до 750°?

В брошюре Карпентера Современная наука переведенной на русский язык Л.H. Толстым, имеется следующий довод против правильности устройства наших термометров:

Градус не есть одно и то же в начале и в конце лестницы температуры. Уже одно то, что градусы термометра суть равные пространственные деления, доказывает, что отношение их ко всему объему жидкости, расширяющейся от одного конца трубки до другого, не может оставаться постоянным.

Карпентер желает сказать, что если, например, длина градуса 1 мм, то миллиметровый цилиндрик ртути при 0° составляет более крупную долю объема всей ртути, чем такой же цилиндрик при 100º, когда общий объем ртути увеличился; значит, заключает критик, нельзя считать соответствующие интервалы температуры равными.

Справедлив ли этот упрек и подрывает ли он доверие к измерению температуры с помощью термометров с жидкостями и газами?

Почему в железобетоне при нагревании и охлаждении бетон не отделяется от железа?

Укажите твердое тело, расширяющееся от теплоты сильнее, чем жидкости.

Укажите жидкость, расширяющуюся от теплоты сильнее, чем газы.

Какое вещество всего менее расширяется при нагревании?

Какое твердое тело при нагревании сжимается, а при охлаждении расширяется?

Посреди квадратного железного листа со стороною 1 м имеется дырочка диаметром 0,1 мм (примерно толщина волоса).

Как должна измениться температура листа, чтобы дырочка в нем совершенно закрылась?

Можно ли механической силой помешать тепловому расширению металлического бруса или ртутного столба?

Длина пузырька в трубке плотничьего уровня меняется при колебаниях температуры. Когда же пузырек больше: в теплую или в холодную погоду?

Следующий отрывок, относящийся к условиям смены воздуха в отапливаемом помещении, взят из технического журнала:

Всякое вентиляционное отверстие (в жилом помещении) создает обмен воздуха. Испорченный, более теплый воздух втягивается в отдушину, а так как место его должно быть заполнено, то снаружи во все щели дверей, окон и даже самих стен устремляется свежий воздух. При топке с открытой дверцей получается хорошая вентиляция. Для горения дров нужен кислород воздуха, который с большой силой и засасывается из комнаты в печь. Продукты горения поступают не обратно в комнату, а улетают в трубу. На освобождающееся внутри комнаты место должен притечь снаружи свежий воздух.

Правильно ли описаны в этом отрывке воздушные течения?

Что защищает от холода лучше: деревянная стена или слой снега такой же толщины?

В какой посуде пища подгорает легче: в медной или в чугунной? Почему?

При замазывании оконных рам на зиму маляры советуют оставлять верхнюю щель наружной рамы незамазанной.

Укажите физическое основание этого совета.

Теплота способна переходить только от тела с высшей температурой к телу, менее нагретому. Температура нашего тела выше температуры воздуха в натопленной комнате. Почему же нам в такой комнате тепло?

Когда вода теплее на дне глубокой реки С летом или зимою?

Почему быстрые реки не замерзают на морозе в несколько градусов?

Почему атмосфера (тропосфера) вверху холоднее, чем внизу?

Что требует больше времени: нагревание воды на примусе от 10° до 20° или от 90° до 100°?

Какова приблизительно температура пламени стеариновой свечи?

Почему гвозди на свечке не плавятся?

Почему в точном определении калории делается указание, что нагревание 1 г или 1 кг воды должно производиться от 14¹/₂°С до 15¹/₂°C?

Что легче нагреть на одинаковое число градусов: килограмм жидкой воды, килограмм льда или килограмм водяного пара?

Сколько требуется тепла для нагревания 1 см³ меди на 1 °C (удельная теплоемкость меди ~ 0,4 Дж).

1. Какое твердое тело требует наибольшего количества тепла для своего нагревания?

2. Какая жидкость требует наибольшего количества тепла для своего нагревания?

3. Какое вещество требует наибольшего количества тепла для своего нагревания?

В практике холодильного дела требуется знание удельной теплоемкости пищевых продуктов. Известны ли вам теплоемкости следующих продуктов: мяса? яиц? рыбы? молока?

Какой из металлов, твердых при обычной температуре, самый легкоплавкий?

Назовите самый тугоплавкий металл.

Почему рушатся при пожаре стальные конструкции, хотя сталь не горит и в огне пожара не плавится?

1. Можно ли закупоренную бутылку, наполненную водой, опустить в тающий лед без опасения за целость бутылки?

2. Одна бутылка с водой положена в лед при 0°, другая С в воду также при 0°. В какой бутылке вода замерзнет раньше?

Может ли лед в чистой воде тонуть?

В трубах подземных частей зданий вода часто замерзает не в мороз, а в оттепель. Чем это объяснить?

Скользкость льда объясняют понижением точки таяния льда при повышении давления. Известно, что для понижения точки таяния льда на 1° требуется давление в 130 ат. Поэтому, чтобы кататься на коньках при морозе, например, в 5 °C, конькобежец должен оказывать на лед давление 5 · 130 = 650 ат. Однако поверхность, по которой лезвие конька соприкасается со льдом, не меньше нескольких квадратных сантиметров, так что на 1 см² приходится не более 10–20 кг веса конькобежца. Следовательно, давление конькобежца на лед во много раз меньше того, какое необходимо для понижения точки таяния льда на 5°.

Как же объяснить возможность кататься на коньках при морозе в 5 и более градусов?

До какой температуры можно давлением понизить точку плавления льда?

Что такое «сухой лед» и почему он так называется?

Какого цвета водяной пар?

Какая вода – сырая или кипяченая – закипает при одинаковых условиях раньше?

Можно ли довести воду до кипения, подогревая ее 100-градусным паром?

Снятый с огня металлический чайник с кипятком можно, говорят, безбоязненно поставить на ладонь: ожога не будет, хотя вода бурлит от кипения (рис. 46). Жар делается ощутительным, лишь если подержать так чайник несколько секунд. (Сам я этого опыта не проделывал, но мои ученики-рабочие отважились проверить его на себе и убедились, что он удается.)

^{Рис. 46. Опыт, не столь опасный, как кажется}

Чем объяснить такое явление?

Почему жареное вкуснее вареного?

Почему не обжигает рук вынутое из кипятка яйцо (рис. 47)?

^{Рис. 47. Яйцо, вынутое из кипятка, не обжигает рук}

Как влияет ветер на термометр в морозный день?

Русский переводчик иностранного сочинения по астрономии встретил в тексте ссылку на физический принцип холодной стены. В курсах физики он не нашел упоминания о таком принципе. Знаете ли вы, в чем он состоит?

Что при сгорании дает больше тепла: килограмм березовых дров или килограмм столь же сухих осиновых?

Что больше: теплотворная способность пороха или керосина?

Какова мощность горящей спички?

На чем основано выведение жирных пятен с тканей утюгом?

В какой воде можно больше растворить поваренной соли: в 40-градусной или в 70-градусной?

V. Звук и свет

Укажите физическую несообразность в следующих строках старинного (1799 г.) стихотворения «Эхо»

 
Я чаю, эхо, ты мне в роще отвечаешь? С Чаешь.
Конечно, ты вело меня с полей сюда? С Да!
Мне долго говорить с тобою невозможно. С Можно!
Нет, нет. Пойду искать овечку я к ручью. С Чью?
 

Наблюдая молнию и гром, можно ли определить расстояние грозового разряда?

Чем объясняется то, что ветер усиливает звук?

С какою приблизительно силой давят звуковые волны на барабанную перепонку?

Хорошо известно, что дерево проводит звук лучше, нежели воздух: вспомним опыт с постукиванием по торцу длинного бревна С звуки эти можно услышать, приложив ухо к другому концу бревна. Почему же разговор, происходящий в соседней комнате, заглушается, когда дверь в комнату закрыта?

Может ли существовать преломляющая чечевица для лучей звука?

Когда звук вступает из воздуха в воду, приближается ли звуковой луч к перпендикуляру падения, или от него удаляется?

Почему шумят чашка или большая раковина, приложенные к уху?

Если звучащий камертон поставить на деревянный ящик, звук заметно усиливается. Откуда берется в этом случае избыточная энергия?

Куда девается энергия звуковых колебаний, когда звук более не слышен?

Случалось ли вам видеть лучи света?

1. Свет пробегает от Солнца до Земли не мгновенно, а в 8 минут с небольшим. Как сказывается это на моменте восхода Солнца? Рассмотрите вопрос для двух точек зрения: а) Земля вращается вокруг своей оси при неподвижном Солнце; б) Солнце обращается в 24-часовой период вокруг неподвижной Земли.

2. Как изменилось бы действие глаза и оптических приборов при мгновенном распространении света?