Александр Петрович Нечаев
Занимательные опыты, или Чудеса без чудес. Увлекательная физика для маленьких учёных

Предисловие автора

Книжечка моя предназначается для детей, впервые приступающих к изучению явлений природы. Но она не пытается исчерпать захваченный ею предмет и дать из физики всё, что может быть и должно быть усвоено в этом возрасте.

Эта книжка – не школьное пособие, она старается возбудить самодеятельность и привить интерес к эксперименту. Поэтому из огромного материала, который мог бы быть в нашем распоряжении, мы выбрали только то, что при изложении может быть облечено в особенно завлекательную форму, или то, что может иметь применение в играх и развлечениях.

Мы пользовались при составлении этой книжечки многими источниками, но главным образом книгами Я.И. Ковальского, Германа Вагнера, Тома Тита, Доната, Тиссандье, Федо и другими.

Все опыты, вошедшие в эту книжечку, нами непосредственно проделаны и являются безусловно исполнимыми в той обстановке, которую мы им даём. Порядок распределения материала зависит главным образом от степени трудности предлагаемых опытов, но тем не менее мы старались сделать изложение связным в пределах каждого отдела и так поставить опыты, чтобы последующее, по возможности, вытекало из предшествующего.

Пользуюсь случаем, чтобы почтить память почившего Я.И. Ковальского, оказавшего мне в своё время помощь при составлении этой книги и вообще много поработавшего в своей жизни для проведения в школу и жизнь основ точной науки.

Предисловие редактора

Этот сборник, составленный Александром Петровичем Нечаевым – известным автором ряда учебных руководств и образцовых популярно-научных книг по землеведению, – вышел в свет первым изданием в 1896 г. в виде приложения к детскому журналу. Второе издание, значительно переработанное и дополненное автором, появилось в 1911 г. В конце 1921 г. А.П. Нечаев скончался (в Кисловодске, на 55-м году жизни). Поэтому настоящее 3-е издание книги подготовлено к печати уже без участия автора, успевшего лишь пересмотреть предисловие и вставить статейку о радуге.

При пересмотре, по поручению Государственного издательства, этой книги для настоящего издания я не встретил необходимости вносить в неё значительные изменения: мной сохранены почти все параграфы предшествовавшего издания и не прибавлено ни одного нового. Правда, некоторые из описанных в книге опытов и приборов, требующие труднодоступных сейчас или чересчур дорогих материалов, едва ли смогут быть теперь выполнены юными экспериментаторами. Однако я удержал и эти параграфы в надежде, что условия нашего товарного рынка изменятся к лучшему ранее, чем книга выйдет из употребления. Работа моя состояла лишь в исправлении мелких недочётов прежнего издания, устранении неточностей, вставке пояснительных слов и замечаний, необходимом освежении сведений и приведении текста в соответствие с новыми бытовыми условиями. Полагаю, что внесённые изменения, необходимые по существу, не нарушили общего стиля этой умело и любовно составленной книжечки.

Я. Перельман

Предисловие научного редактора

То, что было верно в 1923 г. при редактировании книги Яковом Исидоровичем Перельманом, во многом остаётся верным и в XXI в. Проведение многих из представленных в книге опытов и создание некоторых приборов в современном мире несколько затруднено, хотя и вполне возможно. Ниже представлены основные изменения окружающего нас мира, которые могут сказаться на подготовке к опытам, описываемым в книге.

Основными изменениями, произошедшими с миром, являются глобальная урбанизация и сопутствующий ей технический прогресс. Так, в отличие от конца XIX и начала XX в., большинство людей живут в многоквартирных домах. Отапливаются зимой такие дома батареями и центральным отоплением, у многих в окнах стоят двойные стеклопакеты. Чтобы в комнатах было светло, люди зажигают электрические лампы, а еду готовят на электрических же плитах. Раньше с большей частью этих проблем – теплом, светом, готовкой – люди справлялись с помощью огня: в доме стояла одна большая печь, свет давала свечная или, в богатых домах, газовая лампа, еду готовили или на газовой горелке, или в печи. Такое изменение быта естественно сказывается на том, какие физические эксперименты мы можем поставить без специального оборудования. В этом издании книги была предпринята попытка адаптировать некоторые эксперименты к современным реалиям, однако все изложенные в ней эксперименты были предложены самим А.П. Нечаевым.

В связи с техническим прогрессом поменялись и товары, которые мы можем приобрести в ближайшем магазине. На смену многим вещам из стекла, дерева и металлов пришёл пластик. Как следствие, у вас дома может просто не оказаться подходящей деревяшки или кусочка стекла, которые вы могли бы применить в описываемых в книге опытах. Также из городов практически исчезли стекольщики, а ведь раньше стекольную мастерскую можно было найти практически в каждом квартале. Обычные мастерские, где работают с железом и деревом, тоже сильно поредели в городах. Однако, хоть мы и потеряли в распространённости многих материалов, найти большую часть товаров через Интернет совершенно не составит труда. По простому запросу вам привезут нужный товар хоть из другой страны, разве что придётся немного подождать. Так что, если вам понравится какой-то эксперимент, смело заказывайте нужные материалы, и скоро вы сможете его осуществить.

Отдельно хочется обратить внимание на две вещи: печи в домах и свечи как источник света. В старых деревянных домах основным и зачастую единственным источником тепла зимой являлась каменная печь. Она находилась в центре дома, и от неё во все стороны расходилось тепло. Внешняя часть дома, окна или неотапливаемые комнаты, наоборот, были источником холода. В результате в одном доме можно было найти большой перепад или, выражаясь научным языком, большой градиент температур. Благодаря этому можно было легко поставить эксперименты, показывающие движение воздуха в таких домах (как и почему оно происходит, будет пояснено в книге). В современных квартирах за счёт распределения батарей температура везде практически одинакова. Чтобы всё же провести описываемые в книге опыты, нужно использовать портативные мощные обогреватели внутри комнаты, а с другой стороны открывать окна и выключать батареи.

Книга писалась во времена, когда все люди пользовались свечными лампами. Такие лампы давали не слишком яркий свет, который светил при этом во все стороны. В экспериментах, описанных в книге, можно использовать как свечи, которые наверняка всё ещё найдутся в каждом доме, так и электрические лампы и фонарики. Разница в свете между ними имеется, и в некоторых случаях придётся подумать, как сделать так, чтобы всё работало, как задумано, но вы с этим точно справитесь.

А.М. Вервальд

Глава I
Простейшие свойства тел

Под волнами морскими

Многим из вас, вероятно, приходилось слышать о водолазах – людях, спускающихся под воду. Водолазы спускаются в воду очень часто. Иногда приходится спасать затонувшее судно; иногда бывает нужно устроить какоенибудь подводное сооружение. Спускаются водолазы в особом костюме. Этот костюм защищает их от воды; он закрывает всё тело и голову. Чтобы водолазы не задохнулись, к их костюму приделана трубка. Через неё идёт сверху свежий воздух¹*.

Сколько опасностей грозит в воде этим бесстрашным людям!

Некогда англичане задумали очистить от камней дно реки Мойн. Они решили взорвать камни. С большим запасом динамита спустился на дно знаменитый в то время водолаз Смэль. Подошёл он к большому камню, пробует, есть ли место, куда положить заряд. Только он засунул под камень руку, как вдруг почувствовал, что её кто-то держит. Водолаз взглянул под камень, да так и обмер от страха: громадный спрут² крепко захватил его руку своим щупальцем. Что делать? Смэль не растерялся. Он схватил левой рукой железный лом и стал наносить удары чудовищу. Началась борьба. Удары градом сыпались на спрута, но чудовище не выпускало своей жертвы и всё крепче сжимало онемевшую руку несчастного. Наконец спрут, изорванный в куски, отцепился от скалы… Смэль тотчас дал наверх сигнал. Немедленно его подняли, а вместе с ним и его противника.

Много и других опасностей грозит водолазу. А сколько страхов видит он под водой! Однажды большой корабль затонул у самого Нью-Йорка. Все пассажиры погибли. Людям захотелось спасти груз, и они послали водолазов разыскивать его. Спустились на дно два старых и опытных водолаза. Добрались они до корабля, взошли на него и оцепенели от страха. У каюты теснились трупы погибших. Ужас застыл на их лицах. Не помня себя, водолазы дали сигнал. Их потянули наверх. После этого один водолаз бросил совсем своё ремесло, а другой дал зарок – никогда не спускаться на погибшие суда, где есть утопленники…

В старину обязанности водолаза исполняли ловкие пловцы. Они прямо ныряли в воду и доставали оттуда, что нужно. Некогда в Италии жил один из славнейших пловцов. Звали его Николаем. В раннем детстве научился этот человек плавать. Товарищи прозвали его Николаем-рыбой. Нужда заставила пловца заняться ловлей кораллов. Отдавшись этому промыслу, он привык к воде и тяготился долгим пребыванием на суше. Он плавал от одной гавани до другой, от острова до острова и бесстрашно пускался в своё путешествие, когда отважнейшие моряки не решались покидать гавани. Целые дни проводил Николай в открытом море. В море он и закончил жизнь. Вот как это было.

Неаполитанский король Фридрих захотел узнать о тайнах морского дна. Никто из водолазов не решался нырнуть в пучину: место было страшное, вода пенилась и шипела, корабли гибли в этом водовороте. Отказался и Николай. Тогда царь бросил в морскую бездну золотой кубок. Достанется он тому, кто за ним нырнёт! Страшно захотелось Николаю завладеть царским сокровищем. Он нырнул, достал кубок и рассказал королю много интересного о морской пучине. Король приказал Николаю спуститься в море ещё раз и обещал много золота. Снова отважился Николай на страшное путешествие, но более не возвращался… Знаменитый немецкий поэт Шиллер написал прекрасное и трогательное стихотворение «Кубок», темой для него послужила смерть знаменитого пловца Николая.

Теперь водолазу вовсе не надо быть ловким пловцом. Секрет водолазного искусства не в ловкости, а в одежде. Как же эта одежда устроена? Каким образом водолаз остаётся под водой многие часы? Отчего он не захлебнётся? Ответим на все эти вопросы опытом. Устроим игрушечного водолаза.

Ловкий водолаз

Купите в магазине игрушек маленькую фигуру человечка, величиной с полвершка³ (ок. 2 см)⁴, или, ещё лучше, сами сделайте её хоть из бумаги и раскрасьте. Покажите фигурку товарищам и объявите, что это – ловкий водолаз, он умеет нырять на дно самых глубоких сосудов: спускается в вёдра, в бочки, наполненные водой, и всегда выходит оттуда сухим. Вам никто не поверит. Тогда вы, к общему удивлению, заставите вашу фигурку и на самом деле проделывать все эти штуки.

Рис. 1

Добудьте низкую, неширокую пробку и булавкой укрепите на ней водолаза. Наполните глубокую банку водой и опустите туда пробку. Водолаз, стоя на ней, будет плавать. Пригласите товарищей быть внимательными: водолаз сейчас нырнёт. Накройте его стаканом и спокойно опустите стакан хоть до самого дна (рис. 1). Водолаз, стоящий под стаканом, тоже опустится под воду. Когда вы вытащите стакан, водолаз вынырнет. Посмотрите его, ощупайте, и вы увидите, что он совершенно сух.

Зрители будут удивлены. «Да уж нет ли тут какого-нибудь обмана?» – подумает каждый. Но вы предложите желающим повторить опыт. И сколько бы раз вы его ни проделывали, он всегда блистательно удастся. Конечно, – с кем не бывает несчастий, – ваш водолаз может свалиться с пробки, но это – простая случайность. Его надо хорошенько высушить, посадить покрепче на пробку, и он снова может с успехом нырять. Все будут думать, что водолаз ваш и в самом деле волшебный. Позабавившись недоумением зрителей, вы наконец объясните, в чём секрет.

Рис. 2. Водолазный колокол

Вокруг нас находится воздух. Он наполняет комнаты и дома. Он лежит толстым слоем над землёй. Но он, как и все бесцветные газы, невидим. Слыхали ли вы, как в бурные дни вьюга носится над землёй? Она плачет в трубах, воет, стонет. Суеверные люди говорили, что это леший пугает их рёвом, а в сказках рассказывается, будто в ненастную погоду Баба-яга с шумом ездит по земле. Задумывались ли вы, отчего это на самом деле происходит? Это шумит воздух. Воздух находится везде. Он наполняет и стаканы, и банки, которые мы считаем пустыми. В этом и секрет опыта. Когда вы опускаете стакан в воду вверх дном, вода не может войти в него: её не пускает воздух. Бумажная фигурка остаётся сухой. Как и все тела, воздух занимает место, и в сосуд, наполненный им, нельзя поместить другое тело. Такое свойство всех тел называется непроницаемостью.

Отчего же в стакан наливается вода, если его опускать в воду, повернув боком? Воздух лёгок. Вода его вытесняет, он поднимается и пузырями выходит из стакана. Опустите в воду бутылку горлышком вверх. Вы услышите бульканье и увидите, как из воды поднимаются пузыри. Опускайте бутылку иначе, горлышком вниз. Не будет ни пузырей, ни бульканья. Вода не войдёт в бутылку. Воздух никуда не выйдет.

Рис. 3. Водолаз в костюме

Если сделать очень большой стакан – конечно, не из стекла, а из железа, – то в него можно посадить настоящего человека и опустить в воду. В таком стакане человек будет сидеть, как у себя в комнате. Люди уже давно научились делать такие стаканы. Они называются водолазными колоколами (рис. 2). Находясь в таком колоколе, водолаз может работать на морском или речном дне, например, строить что-нибудь.

Водолазный колокол не всегда удобен для подводных работ. Иногда водолазу нужно ходить на большие расстояния. Потому-то люди придумали водолазный костюм (рис. 3). Главная часть его – шлем. Это – тот же водолазный колокол, но только маленький. Шлем делается из тонкой меди и покрывает всю голову с плечами. Спереди, напротив глаз, в ней делаются окошки с толстыми стёклами. Кроме того, от шлема идёт трубочка наверх, а иногда их делается и две. Через эту-то трубочку и доставляется водолазу воздух. На тело надевается особая прорезиненная одежда, сделанная из цельного куска, сапоги делаются со свинцовыми подошвами. В таком виде водолаз смело идёт в воду. Сверху по трубке пригоняют свежий воздух в шлем, в котором находится его голова. К поясу привязана верёвка, при помощи которой водолаз подаёт наверх сигналы.

Под водой темно. Огонь там не горит, но электричество работает так же хорошо, как и на земле. С электрическими фонарями в руках водолазы видят всё… Теперь люди под водой делают фотографии и снимают видео.

Несгораемая нитка

Приготовьте крепкий соляной рассол. Для этого сыпьте в воду соль, пока она не перестанет растворяться. Опустите в этот раствор нитку, а потом выньте её и высушите. Привяжите к нитке какой-нибудь лёгкий предмет, например кусочек скрепки, свёрнутый в виде кольца. Повесьте его, как показано на левой стороне рис. 4, и зажгите нитку. Нитка вспыхнет, но вам покажется, что она не сгорела: по крайней мере, кольцо не упадёт, а останется на своём месте… Опыт удастся, если предмет будет достаточно лёгким и если воздух в комнате будет находиться в полном покое. Поэтому во время опыта не следует отпирать двери, окна, ходить и т. п.

Почему же кольцо не падает? Нитка, конечно, сгорела: вы видели пламя и дым, вы чувствовали запах гари. Осталась зола и соль, которой была пропитана нитка. Но почему же зола не рассыпалась в порошок?.. Мельчайшие частички тел притягиваются друг к другу; сила, которая сдерживает их, называется сцеплением. Между частичками золы сцепление очень слабое, и потому она рассыпается обыкновенно в порошок. Но вы пропитали нитку солью. Нитка сгорела, соль же сначала расплавилась, а потом застыла. Застывая, она склеила отдельные частички золы. Сцепление между ними увеличилось настолько, что на сгоревшей нитке может держаться лёгкий предмет. Наша нитка не крепка: достаточно лёгкого толчка, чтобы она разорвалась, потому-то опыт и удаётся только при полном спокойствии; другими словами, сцепление между частицами золы невелико: достаточно ничтожного усилия, чтобы его преодолеть.

Рис. 4. Несгораемая нитка

Можно сделать опыт ещё более красивым. Пропитайте солью кусок коленкора и, когда он высохнет, повесьте его на четырёх нитках, тоже пропитанных солью. Возьмите свежее яйцо, сделайте в противоположных концах его небольшие дырки и выдуйте белок и желток. Положите затем яичную скорлупу на вашу коленкоровую подвеску и зажгите её. Коленкор и нитки сгорят, но яйцо не упадёт. Присутствующие сочтут вас настоящим волшебником, особенно если не будут знать, что на подвеске лежит пустое яйцо.

Сцепление действует между частицами всех тел, только в одних случаях оно сильнее, в других – слабее… Сделайте подвеску из бумаги и положите на неё какую-нибудь очень лёгонькую картонную или деревянную вещь. Эта вещь будет превосходно держаться; но положите вместо неё камень – и бумага разорвётся. Стало быть, в бумаге сцепление невелико; действительно, вы можете её легко разорвать или разрезать ножницами. Но возьмите вместо бумаги кусок жести, например крышку от конфетной коробки, и привесьте её на проволоках. На такой подвеске будет держаться довольно тяжёлый предмет: например, вы можете положить на неё утюг… Стало быть, в жести сцепление сильнее, чем в бумаге.

Между частицами твёрдых тел, жидких и газов сцепление действует неодинаково. В твёрдом теле частицы соединены друг с другом настолько крепко, что вы должны с силой оторвать их друг от друга, если захотите изменить форму твёрдого тела. Когда я гну или ломаю кусок дерева, то заставляю частицы двигаться или поворачиваться одна около другой и могу сделать это только с большим трудом. И в жидкостях частицы соединены между собой, но не так крепко: они легко могут скользить одна около другой; поэтому если вы выльете воду из чашки на стол, то она теряет полукруглую форму, какую имела в чашке, и разливается по столу плоским слоем. Наконец, в газе частицы вовсе не связаны между собой, наоборот, они стремятся разлететься. Если газ не находится в плотно закупоренном сосуде, то он скоро распространится по всей комнате.

Как делают стекло

Однажды, рассказывает предание, остановились на песчаном берегу древние финикийские моряки. В дальних странах купили они селитру и везли её к себе на родину в больших кусках. Там продадут они с выгодой свой товар. Утомились путники в дороге и задумали сварить себе обед. Притащили с корабля котёл, развели огонь и стали искать камней, чтобы сложить очаг. Но кругом не было никаких камней: далеко тянулась голая песчаная пустыня. Тогда путешественники принесли с корабля два куска селитры, положили их вместо очага и поставили на них котёл. Скоро поспела вкусная похлёбка. Утолив голод, моряки мирно отдыхали и вели длинную беседу. Говорили они и о пустынном береге, на котором лежали миллионы песчинок.

«Зачем на земле этот песок? – спросил один путешественник. – В море сложены из него мели, корабли наезжают на них и разбиваются. Каравану песок несёт смерть. Целой тучей налетает он на людей и заживо засыпает их. Грозит он нередко голодом и пахарю. Разве родится на песке хлеб? Страшен вид пустыни, расстилающейся кругом нас. Жаром пышет от каждой песчинки, нигде не видно свежего ключа, нечем утолить жгучую жажду. Да, ничего, кроме зла, не даёт человеку песок…»

Моряк кончил свою речь, а товарищи его всё время слушали и соглашались. Все бранили песок, как врага людей.

Огонь погас. Пора было вернуться на корабль. Снимая котёл, моряки заметили с удивлением на земле какое-то крепкое вещество. Оно блестело, как серебро, и было прозрачно, как драгоценный камень.

«Что это такое?! – воскликнули путники. – Откуда взялась эта прекрасная находка?!» Они стали думать и сообразили, что от жара селитра и песок расплавились, смешались и образовали прозрачный камень. Поняли тогда моряки, что и от песка может быть людям польза, что из него можно делать стекло.

Так рассказывает старое предание об изобретении стекла. Вряд ли оно справедливо: песок, смешанный с селитрой, плавится трудно. Но, как бы то ни было, стекло изобретено людьми очень давно. Уже за 3000 лет до нашего времени люди знали его. Но сперва они не умели хорошо плавить песок; стекло было делать трудно, и ценилось оно страшно дорого. В XIX в. в Англии только в главных покоях королевского дворца были вставлены в окна стёкла, а один английский богач, уезжая надолго из своего замка, приказал для сбережения стёкол вынуть их из рам. Путешественники XV столетия с удивлением рассказывают о богатстве немецкой земли: «Там, – говорят они, – почти во всяком доме стёкла».

Много прошло лет, пока люди научились плавить песок. Теперь стекло делается очень просто, и стоит оно совсем дёшево. Песок толкут в мелкий порошок, смешивают его с содой и известью и всё бросают в жаркую печь. Песок плавится и, смешиваясь с содой, превращается в тягучее прозрачное тесто. Это и есть стекло. Из этого теста выдувают бутылки, вытягивают трубки и делают оконные стёкла.

Как гнут стеклянные трубки

Вы знаете, как делается стекло, и не удивитесь теперь, если я скажу, что стеклянную трубку можно согнуть, как вам будет угодно: в дугу, под углом, в кружок. Для этого нужно только её нагреть.

В детстве я часто производил такой опыт. Возьму, бывало, ненужный пузырёк, брошу его в топящуюся печь и заложу дровами. На другой день я находил в холодной золе уже не пузырёк, а просто стеклянный комок, к которому пристали кусочки угля и зола. Этот опыт показывает, что всякое стекло в жару плавится.

Существуют легкоплавкие трубки. Они размягчаются даже в пламени свечи. Если постараться, то найти их не очень сложно. Они пригодятся нам для следующих опытов, а потому поучимся их гнуть.

Держите трубку над пламенем свечи и, чтобы она нагрелась со всех сторон, вертите её между пальцами. Минут через пять отстраните её от огня и быстро сгибайте. Трубка будет гнуться, как восковая свеча или проволока. Если хотите трубку согнуть дугой, нагрейте её на большом расстоянии, чуть-чуть передвигая её вправо и влево. Лучше всего нагревать трубку на газовой горелке или на спиртовой лампе. При согревании трубки на свече старайтесь не прикасаться трубкой к фитилю, иначе она лопнет. Сгибайте трубку без усилия, слегка и не кладите горячей на стол: иначе стол затлеет, а трубка лопнет. Подержите её в руках, пока она не остынет, или поставьте в стакан так, чтобы она касалась его только холодным концом.

Как режут стекло

Плоские оконные стёкла режут камнем – алмазом. Большие и прозрачные куски алмаза ценятся очень дорого. Отшлифованные и гранёные, они отличаются своим блеском и игрой света и называются бриллиантами. Но маленькие и непрозрачные кусочки этого камня стоят сравнительно дёшево. Их вставляют в стальную оправу и используют для разрезания стёкол. На стекло кладут линейку и ведут по ней алмазом, как карандашом. Алмаз оставляет на стекле черту. По этой черте стекло легко ломается.

Стеклянные легкоплавкие трубки режут стальным напильником. Напильником делают на трубке с одной какой-нибудь стороны чёрточку. По этой чёрточке трубка легко ломается. Чтобы края трубки не обрезали пальцев, их оплавляют. Для этого конец трубки держат в огне, пока она не станет совсем красной; края её делаются после этого гладкими.

Прибавить в склянку воды, не наливая её

Не правда ли, задача мудрёная? Разве можно как-нибудь прибавить воды в склянку, не наливая её? Может, за этой задачей скрывается какая-нибудь шутка? Ничуть! Я сейчас вам покажу, что это исполнить легко и просто.

Купите в магазине колбу – так называется бутылочка, или, вернее говоря, графинчик, сделанный из очень тонкого стекла. Если такой графинчик нагревать на огне, он не лопнет.

Запасшись колбой, подберите к ней хорошую новую пробку, которая входила бы в неё совсем плотно. Новая пробка очень тверда. Надо сделать её мягкой. Для этого пробку легонько поколотите молотком со всех сторон. Когда пробка подобрана, сделайте в середине её отверстие. Для этого накалите на огне проволоку докрасна и втыкайте её в пробку. От накалённой проволоки пробка прогорит. Нагревая проволоку несколько раз и втыкая её в пробку, вы можете сделать дырку какой угодно величины. Отрежьте от стеклянной трубки кусок длиной в пол-аршина⁵ (ок. 40 см) и вставьте его в пробку. Трубка должна быть вставлена очень плотно, а потому дырку в пробке сделайте по трубке. Если между трубкой и пробкой останутся щели, их надо залить сургучом.

Налейте теперь колбу водой доверху и заткните пробкой (рис. 5). Оботрите тряпкой колбу снаружи, чтобы она была совсем сухая, и поставьте её нагреваться, например, на спиртовую лампу. Тогда придётся из толстой проволоки сделать маленький таганчик (треножник), на который можно было бы поставить колбу. Таганчик делается очень просто: кусок проволоки сгибается, как показано на рис. 6; получается кольцо и три ножки, которые следует только отогнуть и закрутить.

Когда вы поставите колбу на таганчик и станете её нагревать, вода начнёт подниматься по трубке. Если она доходила только до пробки, то теперь поднимется до метки (рис. 6). Значит, вы добавили в колбу воды, ниоткуда её не наливая. Задача решена!

Почему же вода поднимается по трубке? Конечно, воды осталось столько же, сколько было. Она только расширилась, заняла больше места. Отчего это произошло? Вы колбу нагревали. Значит, вода в ней от нагревания расширилась. Не только вода, но и всякая другая жидкость расширяется от нагревания. Так, например, жидкий металл ртуть расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении.

Рис. 5. Колба с пробкой-трубкой

Рис. 6. Приготовление треножника из проволоки

Рис. 7. Треножник из проволоки

Зная это, легко понять, как устроен термометр. Главная его часть – шарик, наполненный ртутью, с длинной, тонкой стеклянной трубочкой, которая к нему припаяна. Если всмотреться, то это та же колба, только крохотная и с очень длинным, узким горлышком.

Рис. 8. Термометр

Вы знаете, как пользоваться термометром. Когда становится теплее, ртуть вытягивается вверх по трубочке; напротив того, когда делается холоднее, ртуть опускается. Трубочка укреплена на дощечке, а на этой дощечке нанесены деления – градусы. На совсем старых термометрах, которые были придуманы учёным Реомюром, 80° обозначает такую температуру, когда закипает вода, а 0° – когда начинает замерзать вода. Всё расстояние между 0 и 80 разделено на 80 равных частей – градусов. Такие же деления сделаны и ниже нуля. Однако в современном мире практически везде используется другой термометр – Цельсия. На нём градусы мельче, так как температура кипения воды обозначена числом 100, и всё расстояние между 0 и 100 разделено на 100 градусов. Каждые 4 градуса Реомюра равны 5 градусам Цельсия.

Бегающая капля

Воздух также расширяется от нагревания. Это свойство воздуха позволяет сделать очень любопытный опыт. Устройте прибор, представленный на рис. 9. Для этого согните трубку 2 раза под углом и вставьте её в пробку. Вгоните в трубку одну капельку воды, чуть-чуть подкрашенной чернилами. Для этого смочите конец проволоки так, чтобы на ней висела капелька, и стряхните эту капельку в трубку. Если сама она не пойдёт туда, то вдуйте её ртом. Вставьте после этого пробку в колбу. Положите колбу на стол. Нагрейте руку, подержав её под горячей водой. Смотрите только, не ошпарьтесь! Возьмите теперь колбу в горячую руку. Капелька сейчас же побежит вверх. Почему? Воздух сильно расширился от теплоты и поднял капельку. Как только вы отнимете руку, капелька опять опустится. Чтобы при расширении воздуха она не выскочила совсем из трубки, надо правый конец последней сделать подлиннее.

Рис. 9

Забавный шарик

Однажды мне подарили преинтересный шарик. К нему было прилажено кольцо с деревянной ручкой, через которое он свободно проходил. И кольцо, и шарик были сделаны из жёлтой меди. Для шарика была тоже деревянная ручка, но он не был к ней прикреплён неподвижно, а висел на проволоке.

С этим шариком я часто проделывал такой опыт. Возьму, бывало, кольцо в левую руку, а шарик в правую и пробую, проходит ли шарик сквозь кольцо. Оказывается, проходит свободно. После этого я нагревал шарик над огнём и опять пробовал пропустить его через кольцо. Шарик не проходил, а задерживался в кольце. Я ждал. Проходило несколько минут. Шарик остывал и сам собой проваливался через кольцо. Сколько раз я ни повторял опыт, всегда выходило одно и то же.

Рис. 10. Забавный шарик

Что же этот опыт показывает? Ясно, что шарик от нагревания делается больше. Поэтому он и не может пройти через кольцо. Охладившись, он снова делается меньше и проваливается. Стало быть, и твёрдые тела от теплоты расширяются, а от холода сжимаются.

Расширением тел объясняется много явлений. Сделайте такой опыт. Вскипятите на плите в кастрюле воду. В другую кастрюлю налейте холодной воды и, если можно, положите в неё кусок льда – от этого она станет ещё холоднее. Опустите в холодную воду маленький стеклянный пузырёк и, когда он сам станет там совсем холодным, выньте и положите в кипящую воду. Пузырёк тотчас же лопнет. Значит, холодное стекло, брошенное в горячую воду, лопается. Отчего? От холодной воды пузырёк сжался. Когда его положили в горячую воду, он сразу расширился, но наружная сторона стекла расширилась сильнее, чем внутренняя, и потому пузырёк лопнул. Если бы мы положили его в холодную воду и стали медленно нагревать её, то внутренняя сторона стекла успела бы так же нагреться и расшириться, как наружная, и пузырёк остался бы цел.

С вами, вероятно, случалась такая неприятная история. Вам подарили флакончик со стеклянной пробкой. Вы хотите его открыть, но пробка не вынимается. Вы начинаете тащить её щипцами, стараетесь выколотить её прочь ручкой ножа, и кончается вся эта история тем, что вместе с пробкой отскакивает и шейка флакончика… Флакончик погиб. А открыть его было так просто. Стоило только быстро нагреть над свечой шейку, и пробка вышла бы без всякого труда. Почему? От огня нагрелась бы и шейка, и пробка, но первая больше второй. Значит, шейка расширилась бы больше, чем пробка, и последнюю можно было вынуть без всякого труда.

Мы узнали, что медь и стекло расширяются от теплоты. То же самое происходит и со всеми другими твёрдыми телами.

От холода все тела – и твёрдые, и жидкие, и газообразные – сжимаются. Однако при замерзании вода расширяется.

Опыт моего товарища

Как-то я ещё мальчиком зашёл к своему товарищу. Он был большим любителем опытов и целыми днями возился со своими склянками и приборами. В этот день мы мирно сидели за чайным столом и разговаривали. Вдруг послышался треск, точно выстрел из ружья, зазвенели и посыпались стёкла. Все вздрогнули и невольно обернулись к окну столовой, выходившему в сени, – оттуда послышался зловещий звук… Только один мой товарищ оставался спокойным. «А ловко же удался опыт!» – в раздумье наконец произнёс он. Тут все поняли, кто был виновником происшествия. Мать обратилась к нему с упрёками, но мой приятель в оправдание стал рассказывать о своём опыте, и скоро все им невольно заинтересовались. Что же он такое сделал? Он просто поставил между оконными рамами бутылку, наполненную водой до самого верха и плотно закупоренную, пробка была даже привязана к горлышку проволокой. На дворе в тот день стоял сильный мороз, и вода в бутылке замёрзла. Замерзая, она разорвала бутылку. Ясно, что при замерзании вода расширяется, и лёд занимает больше места, чем вода, из которой он получился.

Рис. 11. Как вода замерзает в бомбе

Я советую вам повторить опыт. Только не делайте его между оконными рамами, чтобы не повредить стёкол и никого не испугать. Бутылку, наполненную водой и крепко закрытую пробкой, положите в морозилку. Как только вода замёрзнет, бутылка лопнет, а вы получите кусок льда в форме бутылки.

Пробовали сдержать силу замерзающей воды чугунными стенками, наполняли водой чугунный шар и плотно забивали отверстие деревянной пробкой. На морозе эта пробка с силой вылетала вон, а из отверстия выходила ледяная палочка. Если вместо простой пробки делали винтовую, которую лёд не мог вытолкнуть, тогда разрывались сами стенки шара (рис. 11).

Можно убедиться, что вода начинает расширяться ещё незадолго до замерзания. Для этого возьмите ту же колбу, которая служила нам при опыте с расширением воды от нагревания. Наполнив колбу водой, поставьте её в большую кастрюлю, обложите высоко смесью льда с солью⁶* и наблюдайте, что будет. Как только вода сильно охладится, она станет подниматься вверх по трубке. Стало быть, в отличие от всех других тел природы, вода перед замерзанием расширяется, хотя она при этом и охлаждается⁷.

И камни разрушаются

Вам, вероятно, не раз попадались камни, которые при одном только прикосновении к ним или при лёгком толчке рассыпаются в песок. Обратите внимание на каменные памятники ближайшего кладбища. Только самые новые среди них отличаются блеском. А на старых плитах и крестах видно множество трещин, тут и там отвалились целые куски⁸.

Отчего же разрушаются камни? Понаблюдайте за ними летом. Полуденное солнце накаливает их своими жгучими лучами. Ночью камни сильно остывают. От нагревания и охлаждения они то расширяются, то сжимаются. Вы помните, что сталось со стеклянным пузырьком, который мы бросили в кипяток. То же самое происходит и с камнями. Они мало-помалу прорезываются трещинами.

Но эти трещины ещё очень малы. Их расширяет вода. Она забирается в них осенью и с наступлением морозов замерзает. Лёд занимает больше места, чем вода, а потому трещины всё более и более расширяются, и наконец камень разваливается.

Из камня сложены целые горы. Красиво и причудливо иззубрены их вершины. Эта красота зависит от разрушения. Зубья, столбы и пики – только уцелевшие части скал. Иногда огромная скала вся прорезана трещинами. Только корни деревьев и травяной покров скрепляют её. Бывали случаи, когда такие скалы мгновенно обваливались, производя большие разрушения.

Обвал горы

Осенью 1806 г. в Альпах случился грозный обвал.

Всё лето шли, не переставая, проливные дожди. Ручьи вышли из берегов и затопили окрестность. Пастухи, бродившие со стадами по зелёным склонам гор, были в тревоге. Лачужки их, кое-как сделанные из драни, сломало бурей. Ветер грозил всё разрушить. Дёрн, размытый водой, в некоторых местах совсем сполз, и в обнажённых камнях виднелись глубокие трещины. В лесу слышался шум, точно какая-то могучая сила ломала корни громадных сосен, скалистые обломки обрывались тут и там… Наступил сентябрь. Пастбища были усыпаны обломками камней, и скоту негде было пастись. Пастухи собирались гнать в долины своих коз и коров. В ночь на 2 сентября дождь ещё усилился. Это был какой-то потоп. Раскаты грома и завывание бури заглушали человеческий голос. В лесу высокие сосны колыхались, будто колосья на ниве. Заалела бледная заря, и день озарил ужасную картину: почва была усеяна огромными камнями и обломками деревьев, трава выдернута и смята. Вдруг что-то загрохотало наверху. Перепуганные птицы – вороны, галки, ястребы, испуская жалобные крики, поднялись стаями и полетели. Земля заволновалась, и с вершин стал скользить дёрн, песок, камни, сначала медленно, а потом всё скорее и скорее. Пастухи чувствовали, как почва уходила из-под их ног, и бросились бежать, сами не зная куда. Перепуганные стада с рёвом неслись за ними, но сосны и камни, падая с высоты, убивали их и влекли за собой.

Вдруг раздался такой треск, будто разрывалась вся земля. Всё закружилось, запрыгало – камни, земля, трава, кустарники и деревья… Огромные скалы летели вниз, встречались и, точно бомбы, брошенные невидимым снарядом, отскакивали, прыгали по земле, то останавливались, то снова неслись с грохотом и стоном. Иные разбивались вдребезги, и тучи щебня и пыли устремлялись вниз. Пастухи, не помня себя, бежали через пропасти, думая только о своём спасении… Каменные глыбы настигали их и увлекали за собой.

В то время склоны Рассберга были покрыты жилищами, а у подошвы лежали богатые деревни (Гольдау, Безинген, Ловерц). Грозный обвал уничтожил их в мгновение ока. На месте их лежала безотрадная пустыня, усеянная обломками скал, деревьев и брёвен… Всего было разрушено более 100 домов, а число человеческих жертв доходило до 4,5 сотни. Они заживо были погребены под развалинами или погибли от ран.

Такие же обвалы случались не раз и у нас на Кавказе.

Странный случай с самоваром

Однажды мне пришлось наблюдать такое интересное явление. Был подан на стол самовар. Из-под крышки валил пар. Стали заваривать чай, и оказалось – вода холодная! Попробовал я самовар рукой: вверху и дотронуться нельзя – так он горяч, а внизу совсем холодный. Первый раз в жизни наблюдал я такой удивительный случай! Посмотрел я в трубу: она полна углей. Угли так и пышут; над ними длинные синие языки: самовар разогрет на славу. Но когда я вылил воду и опростал от углей трубу, всё объяснилось. Оказывается, наложили в трубу плотных покупных углей почти до самого верха и на них насыпали горячих углей из-под плиты. Верхние угли разгорелись, а нижние как были положены, так и остались тёмными. Вверху вода сильно нагревалась и скоро закипела, внизу осталась холодной. Вышел преинтересный опыт, которого нарочно, пожалуй, и не сделаешь.

«Странно! – скажете вы, если видели, как работает самовар. – Сколько раз приходилось видеть, что в самоварной трубе лежит угольков чуть на донышке, а самовар отлично нагревается весь, и вода закипает не только внизу, а вся»⁹*.

Но в этом странного ничего нет: так и быть должно. Если самовар или какой-нибудь сосуд нагревается снизу, то находящаяся в нём вода скоро закипит вся; а если мы станем нагревать сосуд сверху, то произойдёт что-нибудь вроде того, что сейчас было рассказано; во всяком случае, нагреется только верхний слой. Почему же? Дело очень просто.

В воде теплота медленно передаётся от частицы к частице, и наш самовар не нагрелся бы никогда, если бы частички воды оставались неподвижными. А они приходят в движение, и вот почему. Тёплые, нагревшиеся внизу слои воды расширяются, делаются легче и потому всплывают наверх. Их вытесняют сверху холодные частички, которые нагреваются, делаются лёгкими и опять идут вверх. И чем больше мы нагреваем самовар, тем всё быстрее и быстрее движутся частички. Скоро вода начинает кипеть. Она нагрелась потому, что частички воды забирали тепло внизу, где больше всего горячих углей, и переносили его вверх.

Теперь посмотрим, что произойдёт, если мы станем нагревать воду сверху. Верхние слои воды нагреются, сделаются легче, чем были, и останутся на своих местах. Тяжёлая холодная вода не может прийти на их место; она останется внизу. Никакого движения в самоваре не произойдёт: всё останется спокойным. Между тем верхний слой будет нагреваться всё больше и больше, и может случиться, что он закипит в то время, как большая часть воды под ним останется холодной. Вот почему в самовар не следует накладывать много углей, пока не разгорелись угли в нижней части трубы.

Но вот вода в нашем самоваре закипела, и пар клубами валит из-под крышки. Не правда ли, хорошо понаблюдать над этим интересным, хотя и таким обыкновенным явлением? Но что делается в самоваре, не видно. Поэтому сделаем особый опыт в стеклянной посуде…

Как кипит вода

Возьмём хорошую стеклянную колбу, наполним её водой и вскипятим на пламени спиртовой лампы. Вот вода начала нагреваться, и снизу побежали пузырьки: один, другой, третий… Что это такое? Пузырьки какого-то газа. В воде растворён воздух: это ясно хотя бы из того, что в воде живут рыбы; без воздуха вся рыба, живущая в воде, погибла бы, ей воздух нужен для дыхания. Но в холодной воде воздуха растворяется больше, чем в горячей; и вот, как только вы начинаете нагревание, лишний воздух выходит пузырьками и поднимается. Чем больше вы нагреваете, тем больше пузырьков поднимается. Наконец вода начинает кипеть, и к пузырькам газа присоединяются пузыри пара. Эти пузыри поднимаются и лопаются; колба всё более и более наполняется парами, но они невидимы и только по выходе из горлышка образуют белые клубы видимого пара; от соприкосновения с воздухом невидимый водяной пар охлаждается и превращается в видимые мельчайшие водяные капли¹⁰.

Теперь вооружимся хорошим термометром и опустим его в воду. Удивительное явление! Сколько мы ни нагреваем колбу, температура остаётся та же – 100 °C. А вода всё кипит и кипит, всё меньше и меньше становится её в колбе… Если мы поднимем термометр так, чтобы он не касался воды, а стоял в горлышке, в водяном паре, то и здесь он не изменит своих показаний: ртуть будет стоять всё на 100 °C… Неужели же наша лампа более не греет? Куда девается её тепло? Тепло затрачивается на превращение воды в пар. Оно, как говорят, переходит в скрытое состояние. Водяной пар набирает тепло и, поглощая, сохраняет. Когда же, наоборот, мы пар охладим и он превратится в воду, скрытая теплота опять станет явной. Поэтому паром можно пользоваться для нагревания. На этом и основано бывшее ранее в широком ходу паровое отопление. В подвальном этаже устраивают печь и в неё вмазывают большой котёл. От этого котла проводят трубы по всему дому. Котёл наполняют водой. Вода обращается в пар. Пар расходится по трубам, сгущается здесь в воду, отдаёт им своё скрытое тепло; трубы нагреваются и нагревают окружающий их воздух.

Но ведь испарение воды часто происходит и без нагревания. Мы знаем, что небольшое количество воды, оставленное на блюдечке, исчезает, испаряется. Каким же образом здесь превращается вода в пар? Без затраты теплоты? Конечно нет. Откуда же она берёт теплоту? Из себя и окружающего воздуха. Вот почему всякое испарение понижает температуру. Летом в местностях, богатых водой (где, следовательно, происходит сильное испарение), всегда бывает прохладнее, чем в местностях сухих.

Не только при испарении воды охлаждается окружающий воздух. То же самое происходит при испарении всякой жидкости; и если взять жидкость, испаряющуюся быстрее воды, то можно получить даже очень низкую температуру. Так, испарением эфира можно воспользоваться для замораживания воды. Для этого обёртывают нижнюю часть пробирки слоем ваты, наливают в пробирку немного холодной воды и, обильно смачивая вату эфиром, направляют на неё струю воздуха (можно просто махать плоским предметом). Вода в пробирке сильно охладится и наконец замёрзнет.

Чай изо льда

Не всегда можно достать для чая воду. Я не говорю уже о полярных странах, где в долгую холодную зиму вся вода превращается в лёд и даже нередко реки промерзают до самого дна. Но иногда и в жаркой местности приходится самовар наполнять не водой, а льдом.

Однажды, проводя лето в Крыму близ Алупки, задумал я в компании добрых друзей подняться на Ай-Петри. Это красивая вершина яйлы, причудливыми зубцами поднимающаяся над её гребнем. Мы взяли проводника-татарина, запаслись на всякий случай верховыми лошадьми, которые, кстати, везли наш багаж, а сами пошли пешком. Я не стану рассказывать о том, как дивно прекрасна была дорога, как скоро вступили мы в лес и встретили в нём наших северных знакомых – сосны, как временами на крутых обрывах перед нашим взором развёртывались дивные пейзажи. Наконец после пятичасового утомительного пути с несколькими передышками мы были на вершине. Перед нами – свет и простор. Внизу плывут и останавливаются облака, а под ними чистейшей синевой сверкает море. Кругом ровная степь, сухая трава, камни, кое-где жалкий кустарник. Полюбовались мы дивной картиной и вспомнили о чае. Надо достать воды. Проводник объявил нам, что до ключа далеко и надо спускаться, а снега – сколько хочешь. Мы заинтересовались. Проводник повёл нас к яме, которая воронкой суживалась книзу, – это, должно быть, провал над какой-нибудь бездонной пещерой. Кругом ямы, кустарник. Мы раздвигаем его и спускаемся в яму. Она полна снегом, белым, чистым; на нём нет и следов пыли или копоти, как на нашем городском снегу. Мы наполнили им чайник, взяли ещё про запас в большую салфетку и развели костёр. В чайнике снег таял и превратился в чистую воду. Но её было немного. Мы стали прибавлять в неё снег, принесённый в салфетке, и мало-помалу чайник наполнился доверху.

Интересно наблюдать с термометром над таянием льда. Возьмём чашку с водой, положим в неё кусок льда и поставим в неё термометр. Если вода была комнатной температуры, то температура начинает падать. Но вот она дошла до нуля и остановилась. Пока в чашке имеется лёд, температура не изменяется. Но ведь в комнате тепло! Отчего не нагреется вода от окружающего воздуха? Она и получает от него тепло, но только отдаёт его тающему льду. Тепло затрачивается на превращение льда в воду, переход в «скрытое» состояние. Это тепло снова вернётся, перейдёт в явное состояние, как только вода опять замёрзнет. Как ни странно, но при замерзании воды остальная, незамёрзшая вода и, частью, окружающий воздух приобретают от неё некоторый запас тепла.

Испарение и замерзание воды происходят в природе постоянно. Невидимым паром вода поднимается в верхние слои атмосферы, там превращается в облака и, сгустившись, снова падает на землю. С места своего падения она бежит опять к морю, отчасти по земле, отчасти под землёй. Реки, озёра, болота, родники – всё это вода, возвращающаяся к океану, из которого она пришла. Каждая капелька соседнего ручья могла бы много рассказать вам о своих странствованиях: как она была облаком, снегом, туманом, инеем; как она прыгала в волнах далёкого моря и тихо пробиралась подземным ручьём между каменными пластами; как, наконец, она вышла на дневной свет и попала в наш ручеёк.

Несгораемая карта

Не только лёд можно превратить в воду, но и всякое другое твёрдое тело можно сделать жидким. Немногие тела, однако, не удалось ещё расплавить, так как для этого понадобился бы слишком большой жар; наоборот, другие тела плавятся даже на свече. Последние называются легкоплавкими. Примером может служить свинец, из которого, между прочим, ранее изготавливали блестящие листы (фольгу) для завёртывания чая, и олово, в которое раньше заворачивали шоколад¹¹*.

Рис. 12. Плавление олова на игральной карте

Можно олово или свинец расплавить на игральной карте с загнутыми краями (рис. 12) или в крепкой коробке, выдавленной из целого куска картона. Карта или коробка не успевает сгореть, потому что вся теплота, которую она получает, отнимается оловом; надо только нагревать карту как раз под самым металлом; если же огонь попадёт в такое место, над которым олова нет, то, разумеется, папка загорится.

Точно так же возможно вскипятить воду в бумажной коробке (это показано на рис. 13), но гораздо удобнее взять для опыта опять-таки картонную коробку. Картон не сгорит потому, что вода поглотит всю теплоту, доставляемую лампочкой. Коробку, в которой производится опыт, лучше всего подвесить при помощи шнурков на деревянном бруске, который можно положить концами на двух бутылках.

Рис. 13. Кипячение воды в бумажной коробке

Разумеется, оба опыта доставят вам надёжную репутацию фокусника, если вы удачно произведёте их перед товарищами, не знающими, в чём дело.

Погода в комнате

Погода в домах меняется так же, как и на дворе. На улице бывает и ветер, и затишье, и туман, и роса. В поле ветер ломает толстые деревья, опрокидывает здания, выгоняет из рек воду, устраивает наводнения, затапливает деревни и сёла. Дождь льёт целыми потоками, буря носится со свистом… Ничего этого в комнате, конечно, не бывает: ветерок здесь слабенький, туман почти незаметный. Но всё-таки погода в комнате бывает разная.

Рис. 14. Воздушный шар, странствующий по комнате

День едва брезжит сквозь замёрзшие окна. Нехотя вы покидаете тёплую постель и, если окно было открыто, долго жмётесь от холода… Но вот вы затопили печку¹²*, и тепло распространяется по комнате… Вы вспоминаете о маленьком воздушном шарике, который вам подарили вчера. Он висит, привязанный, за окном… Не хотите ли проделать с ним интересный опыт, который покажет вам, что в комнате и в самом деле дует ветер?

Привяжите к ниточке шарика бумажку… Шарик упадёт на стол: бумажка перетянет его. Поднимите шарик и понемногу подрезайте снизу бумажку, пока шарик не повиснет в воздухе на любой высоте… Теперь поднесите шарик к печке. Шарик станет подниматься, и всё быстрее и быстрее… Вот он достиг потолка и остановился… Но остановка была минутная. Вы смотрите на шарик и видите, что он потихоньку ползёт к окну. Вот он дошёл до середины комнаты, вот он уже близко от окна. И что же? Он стал вдруг опускаться. Вот он уже над подоконником. Чуть задев за него, шарик скатывается вниз и продолжает медленно спускаться. Через несколько минут он уже на полу…

Нет сомнения, что в комнате ветер… Едва только нагрелась печь, нагрелся и окружающий её воздух. Как и все другие тела, от тепла воздух расширяется, а потому и делается легче… Затопленная печь расположена снизу. Она не может сразу нагреть весь воздух в комнате; нагревается только воздух, находящийся рядом с ней. Сделавшись легче, он поднимается наверх, совсем так же, как пробка, которую вы положили на дно стакана, наполненного водой. Вот почему наш воздушный шарик, как только мы поднесли его к теплу, стал подниматься.

Дойдя до потолка, тёплый воздух не может идти выше. Он расходится во все стороны, достигает до той стены, которая выходит на улицу или во двор… У холодного окна тёплый воздух охлаждается, делается тяжелее и падает. Вместе с ним падает и наш шарик… Дойдя до пола, холодный воздух пойдёт к печке. Только движение это будет уже очень медленным, и слабый ветерок, чуть идущий по полу, не передвинет нашего шарика… У печки воздух опять нагреется, поднимется, пойдёт к окну – и так без конца будет кружиться, пока топится печь.

Можно сделать в комнате ветер более сильным и удостовериться, что низом идёт холодный воздух. Приоткроем дверь в другую, холодную комнату так, чтобы получилась узенькая щёлка. Зажжём свечу и поднесём её к щёлке сначала вверху, потом в середине и, наконец, внизу (рис. 15). Вверху пламя свечи отклонится наружу, то есть в холодную комнату, в середине оно будет стоять прямо, а внизу направится в тёплую сторону. Ясно, что вверху тёплый воздух уходит из комнаты, а внизу холодный приходит в комнату. Ветер на полу сделался заметным потому, что задул сильнее.

Рис. 15. Пламя у полуоткрытой двери

Вы знаете, что на земле есть тёплые страны. Там всегда жарко, люди не знают снега. Растут в этих странах чудные вечнозелёные деревья, наливаются и зреют вкусные плоды. Солнце льёт там на землю горячие лучи, и зной его невыносим… Есть на земле и мрачная страна вечного холода. Огромные льды покрывают там море. Поднимаются они к небу высокими горами, и снег белой скатертью окутывает всё. Нет там ни деревца, ни кустарника. На краю этой холодной пустыни человек не может жить.

Тёплая страна – страна вечного солнца и тепла – то же, что печка в комнате, а мрачное царство холода – то же, что окно. Потому-то и на земле воздух движется так же, как и в комнате: из тёплых стран идёт в холодные – и наоборот.

От ветра зависит погода. От тепла вода превращается в пар и смешивается с воздухом. В тёплом воздухе много воды, или, как говорят, влаги. Если тёплый воздух подойдёт к холодному окну, то водяной пар осядет на окно маленькими капельками – окна вспотеют. Когда после жаркого дня наступает холодный вечер, на листья растений – в поле, в саду, в лесу – садятся крохотные капельки воды. Это роса.

В комнате может идти и снег. Рыбаки, зимовавшие однажды в холодной стране, укрылись от мороза в избушке; когда в избушке стало душно, они отворили дверь. И что же? Вдруг в комнате пошёл снег, и белые хлопья его покрыли весь пол. Но ещё интереснее был случай на одной вечеринке в Петербурге в 1773 г. В зале было жарко и влажно. Одной женщине сделалось дурно. Стали отворять форточку, но она примёрзла. Тогда один из гостей подошёл к окну и выбил стекло. На дворе была буря. Ветер выл и свистел. С шумом рванулся он в комнату сквозь выбитое стекло. И в зале вдруг пошёл снег. Вы уже догадались почему? От холода водяной пар быстро застыл и упал снегом.

Видите, как в комнате может меняться погода? Зная это, вы без труда можете устроить себе несколько забавных игрушек. Это будут настоящие волшебные игрушки. Товарищи, которые ничего не слыхивали о перемене погоды в домах, пожалуй, и в самом деле подумают, что моя книга раскрыла вам все тайны волшебства.

Ветряная мельница в комнате

Рис. 16. Ветряная мельница

Просверлите в пробке дырку насквозь. Сделать это можно накалённой докрасна шпилькой. Закройте её с одной стороны маленьким кусочком стекла; залейте стекло сверху сургучом, чтобы оно держалось на пробке. Вставьте в дырку с другой стороны кусок гусиного пера или обрезок стеклянной трубки. В бока пробки воткните несколько спичек, а к спичкам приклейте или привяжите четырёхугольные кусочки бумаги, как показано на рис. 16. Приклеить их надо немного наклонно, чтобы лицом они стояли к ветру. Наденьте пробку на вязальную иглу на место змейки. Поставьте мельницу к печке, она будет вертеться.

Вертящаяся змея

Из толстой бумаги вырежьте змейку, как показано на рис. 17. В хвосте этой змейки выдавите острым концом вязальной спицы маленькое углубление и положите змейку на конец вязальной иглы, как показано на рис. 18. Другой конец иглы вставьте в деревянную дощечку или в широкую пробку. Поставьте змейку на полу у печки. Она начнёт кружиться. Почему? Полом идёт холодный воздух от окна к печке. Он толкает змейку и заставляет её кружиться.

Рис. 17. Вертящаяся змейка

Рис. 18. Змейка, установленная на печке

Карусель

Кто сумел сделать мельницу, тому ничего не стоит устроить и карусель. Для этого надо мельницу немного переделать. Прежде всего прибавьте к ней крыльев, сделайте их штук восемь. Затем вырежьте из бумаги кружок, в середине его сделайте дырку и проденьте в неё пробку так, чтобы крылья были выше кружка. Кружок должен быть немного меньше крыльев. Остаётся привесить к кружку на ниточках людей, сидящих на лошадках, а сверху воткнуть несколько флагов из папиросной бумаги. Если вы мастер клеить, то можете приделать к кружку и занавески. Карусель готова (рис. 19). Поставьте её около печки, и она завертится.

Рис. 19. Карусель

Воздушный шар

В XIX в, маленький французский городок Аноне прогремел на весь мир. Там был пущен первый воздушный шар! Придумали его братья Монгольфье. В назначенный день на площади собралась несметная толпа народу. Все хотели посмотреть на невиданную диковинку. Посередине площади висел на столбах огромный полотняный шар —7 сажен¹³ (ок. 15 м) в ширину. Снаружи он был оклеен бумагой. Внизу шара было сделано большое отверстие, а под отверстием висела жаровня. Братья Монгольфье положили в жаровню горячие угли. От их теплоты воздух в шаре нагрелся и сделался легче. Братья перерезали канат, которым шар был привязан к столбу. Шар рванулся, дрогнул и поднялся вверх. Скоро он скрылся в облаках.

Рис. 20. Первый воздушный шар (монгольфьер)

Братья Монгольфье захотели узнать, можно ли летать на таком шаре людям. Но охотников отправиться в воздушное путешествие не находилось. Монгольфье привязали к шару большую плетёную корзину и посадили в неё овцу, петуха и утку. Это были первые воздухоплаватели. Вернулись они на землю благополучно.

Рис. 21. Изготовление воздушного шара

После этого люди стали часто устраивать шары. В наше время воздушные шары делают не из полотна, а из особой материи, не пропускающей сквозь себя воздух. Наполняют их не тёплым воздухом, а тем газом, который горит в уличных фонарях¹⁴*. Он очень лёгок. Шар покрывают сверху верёвочной сеткой, а внизу к сетке прикрепляют корзину; в неё садятся люди, желающие постранствовать в воздухе.

Вы сами можете устроить воздушный шар. Возьмите шесть листов бумаги, разрежьте их пополам, а половинки склейте так, чтобы получились длинные полосы. Придайте этим полосам форму, как на рис. 21. Склейте их друг с другом. Получится шар с двумя отверстиями: одно у него вверху, другое – внизу. Верхнее отверстие заклейте папиросной бумагой, а нижнее оставьте. Подержите этот шар (осторожно!) отверстием над лампой или свечой. Шар наполнится горячим воздухом и полетит вверх, но только в том случае, если вы оклеили крепко и нигде не оставили щелей, через которые тёплый и лёгкий воздух мог бы выйти…

Маленькие разноцветные шары, продаваемые на праздниках, наполнены лёгким газом. Оттого они и летают. Однако на второй или третий день покупки такой шар обыкновенно съёживается и перестаёт летать. Отчего? Лёгкий газ выходит сквозь резину, из которой шар сделан. Его место занимает обыкновенный воздух. Шар становится тяжелее.

С каждым годом люди всё лучше и лучше летают в воздухе, и теперь воздухоплавание сделало удивительные успехи. Сначала появились управляемые воздушные корабли – дирижабли, которые послушны воле человека: они могут лететь против ветра, возвращаться назад к тому месту, откуда отправились, и спускаться по желанию в любой момент. Однако потом люди создали и летательные машины, которые тяжелее воздуха, – аэропланы¹⁵*. Но прежде чем говорить об этих удивительных воздушных судах, познакомимся с устройством очень интересной игрушки – бабочки, которая сама летает.

Летающая бабочка

Возьмите две маленькие планки около 0,5 см шириной и вклейте их концами параллельно друг другу в две половинки новой хорошей пробки (рис. 22). Кроме того, по бокам верхней пробки вставляются с клеем две тоненькие лучинки. Их предварительно надо согнуть, как показано на рисунке. Для этого их опускают на несколько часов в воду, потом кладут на несколько минут в кипяток. После этого лучины изгибаются, как нужно, концы их связываются бечёвкой, и в таком виде лучины быстро сушатся, хотя бы на сковороде. Обе лучины должны быть изогнуты одинаково. К этим лучинкам и к основе приклеиваются большие крылья из папиросной бумаги, но не следует особенно натягивать их: крылья тогда лучше захватывают воздух.

Теперь надо сделать для нашей бабочки голову и усики, которые и составляют её летательный снаряд. Усики видны на рисунке внизу. Их вы сделаете так же, как делали лучинки для крыльев. Когда они будут надлежащим образом изогнуты и высушены, вы обтянете их папиросной бумагой. Изгиб должен быть сделан очень аккуратно. Вставляются усики с клеем в особую полупробку, как это видно на рисунке. Эта полупробка и будет головкой.

Остаётся присоединить головку к туловищу. Сделайте крючочек из тонкой проволоки, просверлив накалённой иглой обе верхние пробки, пропустите проволоку сначала через пробку-шейку, а потом через пробку-головку и закрепите, осторожно загнув конец проволоки в верхнюю пробку. В пробке-шейке проволока должна легко вертеться, а потому полезно между пробками вставить стеклянную бисеринку и ещё лучше сверху и снизу её подложить по маленькому жестяному кружочку (из очень тонкой жести). В нижнюю пробку туловища надо вставить такой же крючочек, какой вставлен вверху. Между верхним и нижним крючками натяните два-три тонких резиновых кольца (см. рис. 22), какие обыкновенно употребляются вместо ниток в магазинах. Резинки не надо скручивать, а наоборот, следует аккуратно расправить между крючками. Бабочка готова.

Рис. 22. Изготовление летающей бабочки

Возьмите её за хвост двумя пальцами левой руки, а правой рукой закрутите резинки, крутя бабочку за голову. Когда вы теперь отпустите голову, резинки станут раскручиваться, а с ними вместе начнёт вертеться и голова бабочки с усиками. Выпустите бабочку из левой руки, и она полетит вверх.

Чтобы игрушка вышла удачной, необходимо не только сделать её аккуратно, но и позаботиться, чтобы она была легка. Пробки надо брать маленькие, лучинки тонкие, проволоку лёгкую. Очень полезно для лёгкости и изящества все деревянные части протереть «шкуркой».

Если игрушка выйдет неудачной, постарайтесь разыскать в магазинах готовую и по ней исправить ошибки вашей работы. Но гораздо лучше не смущаться первой неудачей и переделать бабочку. Особенное внимание надо обратить на аккуратное устройство усиков.

Воздушные корабли

Теперь мы можем понять устройство воздушных кораблей. Прежде всего познакомимся с дирижаблями. Эти воздушные суда отличаются огромными размерами. Форма их иная, чем у старых аэростатов: они напоминают своим видом огромную рыбу или сигару. Делаются дирижабли не только из непроницаемой материи, но и из лёгкого металла – алюминия. Важная принадлежность их – двигатель, мотор. Изобрести мотор, подходящий и пригодный для воздушных судов, было особенно трудно. В то время, пока работали только обычные паровые машины, нечего было и думать о приспособлении их для воздухоплавания: они слишком тяжелы и громоздки. Однако потом научились создавать лёгкие бензиновые двигатели, и их-то оказалось возможным применить к дирижаблям. Но этого мало. Главное препятствие для воздухоплавателя – ветры. Управляемый аэростат должен побороть силу ветра. Во сколько же раз сильнее должен быть на дирижабле мотор, чем машина парохода! И в то же время он должен быть лёгким. Как ни трудно было построить вначале такой мотор, теперь существует уже и такие, что в прошлом в них даже не поверили бы.

Рис. 23. Дирижабль типа «Цеппелин»

Кроме мотора, на каждом дирижабле имеется так называемый пропеллер. Это то же самое, что пароходный винт. Он соответствует усикам нашей механической бабочки и даже устройством своим напоминает их. При помощи пропеллера дирижабль как бы ввинчивается в воздух. Но у бабочки усики приводились в движение раскручивающейся резиной, и потому бабочка летела до тех пор, пока нить окончательно не раскручивалась. У дирижаблей пропеллер приводится в действие мотором, и потому дирижабль летит, пока этот мотор работает.

Двигателя и пропеллера ещё мало для управляемого воздушного судна. Оба эти аппарата побеждают только силу ветра. Надо ещё шаром управлять. Поэтому у дирижаблей мы находим приспособления, которые придают им устойчивость и позволяют давать им желаемое направление: для этого служат плавники, рули и т. п.

Самое крупное неудобство старого, неуправляемого аэростата – это то, что объём его, в зависимости от уменьшения давления и от охлаждения, изменяется; обыкновенно при поднятии аэростат съёживается, а в случае нагревания солнечными лучами расширяется. Необходимо было в дирижаблях прежде всего устранить это неудобство. Это достигнуто в «мягких» дирижаблях устройством баллонета, или внутреннего кармана, который помещается внутри воздушного корабля, в его нижней части, и имеет сообщение с наружным воздухом. При поднятии дирижабля этот карман наполнен воздухом. Как только водород станет расширяться, он сейчас же вытеснит из кармана часть воздуха, а если водород сожмётся, то посредством особого вентилятора воздух вгонится в карман снаружи. Таким образом, объём дирижабля остаётся неизменным. Впрочем, упомянутые выше металлические воздушные суда не нуждаются в баллонете.

Необходимой принадлежностью каждого дирижабля является прикреплённая к нему корзина, или гондола, в которой и помещаются воздухоплаватели.

В 1923 г. существовали огромные «жёсткие» дирижабли, объёмом в 6—7 тысяч кубических сажен (58—68 тыс. м³), с несколькими моторами общей мощностью 2000 лошадиных сил; такой воздушный корабль имел в длину около ¹/5 версты¹⁶ (ок. 200 м) и толщину, равную высоте семиэтажного дома; он поднимал 2—2¹/2 тысячи пудов¹⁷ (33—41 т) груза и летал со скоростью 120 км/ч, держась в воздухе непрерывно целую неделю.

Рис. 24. Аэроплан

Кроме дирижаблей, в настоящее время существуют аппараты, которые поднимаются подобно бумажному змею, но поднимает их не ветер, а опять-таки сильные моторы. Они удобнее дирижаблей тем, что не содержат в себе легко загорающегося водорода, а потому не могут погибнуть так легко от пожара или взрыва. Называются эти аппараты самолётами (или, по-устаревшему, аэропланами).

Большинство аэропланов того времени представляли одну плоскость или же две параллельные плоскости, связанные между собою рядом стержней, и снабжались мотором и всеми аппаратами, необходимыми для управления. Скорость их полёта достигала 200 км/ч и могла быть доведена даже до 400 км/ч. В то время существовало уже правильное пассажирское и почтовое сообщение на аэропланах, связывающее самые отдалённые пункты земного шара. Такие линии, как Москва—Кёнигсберг (длиной 1300 км), являлись ещё сравнительно короткими. В то же время в Америке существовало теперь (1923 г.) воздушное сообщение на аэропланах через весь материк от Нью-Йорка до Сан-Франциско (ок. 4000 км). В Англии применение аэропланов для различных надобностей практической жизни настолько развилось к тому времени, что было даже учреждено особое воздушное министерство¹⁸*.

Огнедышащая гора в комнате

Недалеко от берегов Италии выставляется из воды крохотный островок Стромболи; на островке стоит гора, такая большая, что занимает весь островок. Над этой горой вечно стоит столб водяного пара; из вершины её летит пепел целыми тучами и льётся накалённая жидкость, блестящая, как солнце, – смотреть на неё больно; от этой жидкости идёт такой жар, что и подступиться к ней нельзя. Жидкость эта называется лавой. Водяной пар, пепел и лава выходят из отверстия, которое находится на верхушке горы. Оно имеет вид как бы воронки и называется кратером. Такая гора, из которой вылетают пар и пепел и выливается лава, называется вулканом.

Вулканы известны в разных странах. Их насчитывают на земле до восьмисот. В России самая большая из них – Ключевская сопка¹⁹ на Камчатке. Высота этой горы больше 5 км; внизу растут деревья, а километра два повыше лежит вечный снег. Кратер находится над снежной линией, и огненная лава с шипением и шумом течёт по снегу. Из Ключевской сопки не всегда течёт лава и вылетает пар. Бывает так, что гора чуть-чуть дымится. Вылетание пепла, пара и лавы называется извержением.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

1

Существует и другой, более новый способ дышать под водой. Водолаз может взять с собой баллон воздуха под большим давлением. Потихоньку выпуская воздух из баллона, водолаз может дышать под водой несколько часов, при этом совершенно не взаимодействуя с поверхностью. (Здесь и далее звездочкой (*) помечены примечания научного редактора.)

Вернуться

2

Спрут или осьминог – мягкотелое морское животное. Тело его снабжено восемью длинными щупальцами. Они извиваются, как змеи. Спрут сидит обыкновенно в расселинах скал и оттуда выслеживает добычу. Чтобы поймать её, он неожиданно высовывает свои щупальца. В них у спрута огромная сила: он без труда может раздавить большого морского рака – омара. Спруты достигают значительной величины. Иногда рыбаки едва-едва овладевают им; однажды был вытащен огромнейший спрут: длина его была 4 м, а масса – 50 кг.

Вернуться

3

Вершок—старорусская единица измерения длины. 1 вершок = 1/48 сажени = 7/48 фута = 1/16 аршина = 1,75 дюйма = 4,445 см. (Примеч. ред.)

Вернуться

4

Здесь и далее в скобках указано значение величин в современных единицах измерения. (Примеч. ред.)

Вернуться

5

Аршин—старорусская единица измерения длины. 1 аршин = 1/3 сажени, 16 вершков = 28 дюймов = 0,7112 м. (Примеч. ред.)

Вернуться

6

Так получающаяся изо льда вода будет холоднее 0 °C и при этом не замерзать.

Вернуться

7

Вода расширяется при охлаждении лишь в промежутке от +4 °C (Цельсия) до 0 °C. При охлаждении же до +4 °C вода, как и прочие тела, сжимается.

Вернуться

8

Подробнее об этом см. в книге A.П. Нечаева «И камни живут».

Вернуться

9

То же самое происходит и с чайниками – нагревающий элемент у них находится снизу, а кипит вся вода.

Вернуться

10

Следовательно, то, что мы в повседневной жизни неправильно называем паром, есть, собственно, не пар, а жидкая вода в мелко распылённом состоянии.

Вернуться

11

Сейчас свинец можно найти в старых аккумуляторах и проводах, а олово часто используют для припоя микросхем.

Вернуться

12

Можно также использовать обогреватель или горячую батарею.

Вернуться

13

Сажень – старорусская единица измерения расстояния. 1 сажень = 7 английских футов = 84 дюйма = ¹/500 версты = 3 аршина = 12 пядей = 48 вершков = 2,1336 м. (Примеч. ред.)

Вернуться

14

Сегодня этим газом наполняют воздушные шарики.

Вернуться

15

Так раньше называли самолёты, вертолёты и даже ракеты.

Вернуться

16

Верста – русская единица измерения расстояния, соответствующая нынешним 1066,8 м (также в неё входят 500 саженей или 1500 аршинов). (Примеч. ред.)

Вернуться

17

Пуд – устаревшая единица измерения массы русской системы мер. 1 пуд = 40 фунтов = 16,3804964 кг. (Примеч. ред.)

Вернуться

18

Сегодня самолётами уже никого не удивишь. В этих металлических птицах люди регулярно летают во все уголки земного шара. В каждый момент времени (на 2017 г.) в воздухе находится больше 10 тысяч самолётов. Существуют специальные сервисы, позволяющие на карте показать все их положения.

Однако в данное время разнообразие воздушных судов на самолётах уже не заканчивается. Другим повседневным транспортом стал вертолёт. Поднимается в воздух он так же, как игрушечная бабочка: за счёт винтов, установленных на крыше. Но вертолёт оснащён сложной техникой, часто – вторым винтом на хвосте, в результате чего он может лететь во все возможные стороны или, если захочет, зависнуть неподвижно в воздухе. Такое не то что самолёты, а даже многие птицы проделать не могут!

Однако воздушным транспортом, позволяющим двигаться с наибольшей скоростью, являются ракеты. Двигает их вперёд не винт, как было во всех предыдущих воздушных судах, а сила реактивной тяги. Понять, что это такое, довольно просто. В то время как вы толкаете или кидаете тяжёлую вещь, вы сами отталкиваетесь назад (с лёгкими вещами это тоже происходит, но из-за разницы в массе вы этого практически не замечаете). Можете провести такой опыт: выйдите в воду на озеро на маленькой надувной лодке. Возьмите с собой больших камней. Остановите вашу лодку в спокойной воде. Теперь аккуратно, чтобы не свалиться, начните бросать тяжёлые камни в какую-то одну строну. Вы начнёте, вместе с лодкой, двигаться в противоположную сторону! И так, выбрасывая в одну сторону какие-то вещи, вы сами приобретаете скорость, но в другом направлении. На этом принципе и построены ракеты. Внутри их двигателя происходит сгорание топлива, поднимается давление – и маленькие частички с огромной скоростью вылетают из специального жерла, называющегося соплом. Со стороны это выглядит, будто из дна ракеты, имеющей чаще всего конусообразную форму, вырывается столб пламени, тогда как сама ракета начинает двигаться, всё ускоряясь в другую сторону. Именно на ракетах люди смогли преодолеть земное притяжение и отправиться в открытый космос.

Вернуться

19

Все вулканы в России издревле народ называл сопками. Название это происходит от слова «сопеть». Сопка – то, что постоянно шумит, или, по народному выражению, сопит.

Вернуться