Юные физики
в пионерском
лагере

      (Выпуск первый)
      С. И. ИВАНОВ, директор Марийской республиканской станции юных техников
      Каждый год активисты нашей станции юных техников выезжают в пионерские лагеря и ведут там различные технические кружки. Но чтобы руководить кружками, недостаточно уметь хорошо строить модели и передавать свое умение другим. Ребята должны ясно представлять себе, как устроены и действуют настоящие машины и Их модели, на каких законах физики основано это действие. Без этого практическая работа не будет осмысленной?
      Следовательно, юные инструкторы должны напоминать кружковцам на занятиях те физические законы, которые лежат в основе действия той или иной модели, и тут же более подробно объяснять практическое применение этих законов. Если же кружок опережает школьную программу курса физики, то юный инструктор должен сообщать кружковцам некоторые сведения из курса старших классов, но только в том объеме, который безусловно необходим для предстоящей практической работы.
      Но это еще не все? Физика представляет обширнейшее поле для наблюдений и опытов. С физическими явлениями мы встречаемся везде: и в лесу, и в поле, и среди игры, и в столовой, и во время купания, и при спортивных упражнениях...
      Научиться читать физическую книгу природы, всей окружающей жизни — это задача юного инструктора. Пробуждать у товарищей любовь к внимательному, вдумчивому наблюдению всего, что они видят вокруг себя.
      Наша брошюра и ставит своей целью помочь юным инструкторам в их увлекательной работе.
      В ПУТИ
      Сегодня отряды отправляются в лес. Погода хорошая, небо ясное — День бу-дет солнечный. Жара чувствуется уже утром. Потом будет еще жарче. А почему?
      К полудню Солнце поднимется над горизонтом значительно выше, и его лучи будут падать на Землю более отвесно, значит, будут пронизывать мёнее толстый слой атмосферы.
      Обратите внимание на небо: оно ясное, светлое, только кое-где маленькими клочками белеют летние «кучевые», облака. Рано утром не было этих облачков. А теперь проследите за каким-нибудь облачком — вы замечаете, что оно посте-пенно растет. Почему?
      От поверхности Земли, нагретой лучами Солнца, поднимается восходящий поток воздуха, содержащий водяные пары. Поднявшись в более разреженные слои, воздух расширяется, охлаждается, и пары сгущаются в капельки, настолько мелкие что они удерживаются в воздухе не падая.
      «И в тверди пламенной и чистой Лениво тают облака».
      Тают? Так ли это на самом деле? Конечно, нет, они просто испаряются оттого, что опускаются в более плотный слой атмосферы, сжимаются и нагреваются. «Таять» в буквальном смысле могут только высокие перистые облака, которые состоят из микроскопических кристалликов льда.
      До леса еще далеко, и деревья, растущие на опушке, видны неясно. В жаркий день предметы, расположенные в отдалении, всегда кажутся расплывчатыми. Почему?
      Световые лучи прямолинейны только тогда, когда они идут в одном и том же веществе или, как говорят, в среде с одинаковой оптической плотностью. При переходе лучей из одной среды в другую, часть света отражается от разделяющей их поверхности, а другая проникает во вторую среду. При этом направление луча изменяется.
      Слои воздуха, поднимающиеся от нагретой земли, имеют неодинаковую температуру, а следовательно и плотность. При этом они непрерывно перемещаются. Проходя через них, лучи света преломляются несколько раз, свет как бы рассеивается.
      Высоко в небе парит хищная птица — ястреб. Он не машет крыльями, но не опускается, а все время держится на одной высоте. Что поддерживает его неподвижные крылья? Все те же теплые потоки воздуха, идущие от нагретой земли.
      Одинаково ли нагревает Солнце все участки земной поверхности?
      Конечно, нет. Леса, болота, долины рек и водные пространства прогреваются Солнцем слабо и медленно. Камни (например, скалы), песок, обнаженная земля и степи нагреваются быстро и сильно. Воздух, находящийся над этими участками земли, нагревается и, становясь легче окружающего его холодного воздуха, поднимается кверху. Таким образом возникают термические (тепловые) вертикальные потоки воздуха. Авиамоделисты называют их просто «терминами». Уходящий вверх над нагретой поверхностью воздух заменяется воздухом, притекающим из соседних, менее нагретых, областей (рис. 1). Так возникает ветер.
      Кроме термических восходящих воздушных потоков, имеются еще динамические восходящие, или наклонные, потоки воздуха. Они возникают в том случае, когда сильный ветер набегает на склоны горы или холма. В этом случае горизонтальный поток воздуха направляется склоном кверху, образуя восходящий поток (рис. 2).
      Именно благодаря этим воздушным потокам планёры или их модели могут девольно долго (настоящие планеры — часами) парить в воздухе (рис. 3), хотя у них нет ни двигателей, ни воздушных винтов. Запущенная модель (или планер) скользит по наклонной, но воздух, в котором она планирует, сам поднимается вверх и поднимает планирующую в нем модель. Если скорость собственного снижения модели больше скорости поднимающегося вверх воздуха, то она, хотя и медленнее, чем в спокойном воздухе, но все же будет снижаться. Если собственная скорость снижения модели равна скорости восходящего потока воздуха, то модель не будет ни подниматься, ни снижаться, то есть полетит горизонтально. Наконец, если скорость снижения модели меньше вертикальной скорости восходящего потока воздуха, то ясно, что модель будет подниматься, набирать высоту, то есть полетит вверх. Другими словами, в последних двух случаях модель сможет парить. Таким образом, сущность парящего полета заключается в том, что модель (или планер) набирает высоту не самостоятельно, а ее поднимает Движущийся вверх воздушный поток.
      Наибольшей подъемной силой обладают крылья, которые имеют профиль, как показано на рис. 4. Установлено на опыте, что встречный воздушный поток обтекает такое крыло плавно. Сзади крыла почти не образуется тормозящих вихрей, создается наибольшая разность в давлении воздуха над и под крылом.
      Движение воздуха играет очень большую роль и в жизни растений; ветер помогает им размножаться. Обратите внимание на разнообразнейшие крылышки и парашютики, служащие для распространения семян различных растений при его помощи. Конечно, все знают пушок одуванчика, крылышко клена, семечко березы, пух липы. Они отлично летают? Интересно устроен плод татарника — колючего растения из семейства сложноцветных. При ударе летучки о какое-нибудь препятствие плодик (семечко) отпадает. А у степного ковыля спелый плод отрывается от материнского растения, отлетает по ветру и запутывается в траве. Затем, благодаря тому, что ветер колышет его длинное перо, плод крутится и внедряется в почву. За лето можно составить интересную коллекцию летающих семян растений (рис. 5).
      Вы идете по открытому месту, Солнце припекает особенно сильно. Попробуйте подышать себе на руку — получается ощущение тепла. Но подуйте на руку, и вы ощутите прохладу. Почему?
      Выдыхаемый воздух теплее поверхности руки и мокнет ее нагреть. Но если струя воздуха быстро двигается, то на поверхности руки получается усиленное испарение влаги, вызывающее охлаждение.
      В жару человек потеет. Это способность, выработанная организмом для борьбы с перегреванием тела. Выделяемый железами пот испаряется с поверхности тела и таким образом охлаждает его. При этом жара ощущается слабеф, если обмахиваться каким-нибудь веером, например, большим листом, сложенной газетой, фуражкой, носовым платком... А почему?
      Кожа человека всегда испаряет влагу, даже в холодном воздухе. Для Испарения требуется теплота, она отнимается и от тела и от того слоя воздуха, который прилегает к телу. Но если воздух неподвижен, испарение происходит медленно, так как прилегающий к коже слой воздуха скоро насыщается парами. В воздухе, насыщенном парами, испарения не происходит. Если же воздух движется, и к коже притекают все новые и новые его порции, то испарение — причем обильное — поддерживается все время, а это требует большого расхода теплоты, которая отбирается от тепа человека.
      Но всегда ли движущийся воздух приносит прохладу? Нет. Если вы читали о путешествиях в южных странах, то, наверное, встречали выражение: «горячее дыхание пустыни». Депо в том, что в тропическом климате воздух бывает) теплее, чем тело человека. Поэтому там при ветре людям становится не прохладнее, а жарче: ведь теглота передается уже не от тела воздуху, а, наоборот, воздух нагревает человеческое тело. Значит, чем большая масса воздуха успеет прийти в соприкосновение с телом, тем сильнее ощущение жары. Неудивительно, что в жарких зонах нашей страны (например, в Туркмении) жители часто носят меховые шапки и плотную, «теплую» одежду. Это предохраняет их тело от окружающего, значительно более чем тело теплого воздуха, и от горячего ветра.
      Как охладить воду в самый жаркий день, если нет ни холодильника, ни льда? Это очень просто.
      Заверните бутылку или графин с водой в полотенце, смочите его водой и поставьте на самый солнцепек и лучше на сквозняк. «Холодильник» будет работать надежнее, если поставить завернутый в полотенце сосуд в глубокую тарелку или таз, на дно которого налито немного воды. Полотенце напитается водой, которая, как по фитилю, все время движется через него, медленно испаряясь и тем охлаждая сосуд и его содержимое.
      Именно поэтому солдаты обычно обшивают свои походные фляжки сукном. Достаточно смочить такой чехол водой, и «холодильник» начинает действовать.
      Небольшой холодильник можно сделать и из куска брезента. Сшейте из брезента ведро с двойным дном (рис. 6), в нижней части ведра прорежьте дверку. Эта часть будет служить для хранения продуктов, в верхнюю часть налейте воду и подвесьте холодильник на сквозняк. Вода будет постепенно испаряться, отнимая тепло от нижнего отделения холодильника.
      Продолжим наш путь? Дорога идет полем, засеянным пшеницей (рис. 7). Понаблюдайте за волнами на поверхности нивы. Они пробегают через поле, от края до края, однако все колосья остаются на своих местах. Они только качаются вперед и назад: подастся колос от ветра вперед и тотчас отклонится обратно.
      Бег волн по ниве помогает понять, что происходит с водой в реке или озере, когда по их поверхности разбегаются волны от брошенного камня. Вам кажется, что вода бежит вместе с волнами, но это не так. На самом деле частицы воды только качаются на месте, не подвигаясь вперед. Об этом писал еще Леонардо да Винчи, гениальный итальянский художник и ученый, живший четыреста пятьдесят лет тому назад.
      «Кинь соломинку в круги волн и наблюдай, как она беспрестанно качается, но не подвигается. То же происходит и с водою в волне: волна убегает от места, где она зародилась, хотя сама вода не перемещается. Морские волны похожи на те, которые порождаются ветром на ниве: мы видим их движение, хотя колосья не сходят с места».
      Подойдите к воде и проделайте опыт, о котором писал Леонардо да Винчи:
      «В обширную и спокойную гладь воды брсь одновременно два камешка на некотором расстоянии один от другого. Ты увидишь, что вокруг мест, куда упали камни, образуются две группы круговых волн; разбегаясь, они встречаются между собой — и тогда круги каждой группы проникают Одни сквозь другие».
      Образование и распространение волн — явление сложное. Но попытаться объяснить его можно.
      Частицы воды (или иной жидкости) всегда сцеплены между собой. Наиболее сильное сцепление на поверхности воды, оно называется поверхностным натяжением и объясняется так.
      Если взять частицу, находящуюся где-нибудь внутри воды, то притягивается она соседними частицами одинаково во все стороны. А вот частица, лежащая на поверхности, притягивается неодинаково. Со стороны другой среды, например воздуха, притяжение меньше. Притяжение друг к другу частиц, лежащих на поверхности, дает силу, стремящуюся как бы сократить величину этой поверхности.
      Благодаря такой связи частиц, колебания одной из них передается другим. При падении камень вытесняет воду, и в месте его падения на воде образуется впадина. Вытесненная из этой впадины вода образует около нее кольцеобразный Гребень, и он начинает расширяться, отходя все дальще и дальше. Тем временем вода устремляется во впадину, но, заполнив ее, в силу инерции продолжает двигаться дальше. В результате в месте, где было углубление, образуется водяной столбик; он падает, и снова образуется впадина, которая вновь заполяется водой и т. д.
      Припомните, не пытались ли вы приблизить к берегу уроненный в реку мяч (рис. 8). Вы старались закинуть в воду позади мяча камень, ожидая, что разбегающиеся волны прибьют его к берегу Но теперь вам понятно, насколько вы ошибались. Мяч колеблется вместе с волнами, но остается на месте.
      Обратите внимание на стебли, поддерживающие колосья пшеницы. Они удивительно прочны? Иногда ветер пригибает их очень низко, но длинный тонкий стебель тут же выпрямляется во весь рост.
      Захватите с собой несколько длинных соломинок и проделайте с ними такой опыт. Надломите нижнюю часть соломинки зигзагом и опустите в бутылку с водой. Теперь потяните за соломинку — вместе с ней поднимется бутылка, вся тяжесть которой будет держаться на тонком надломленном стебле. Почему же стебель обладает такой прочностью? Он имеет трубчатую форму. Люди давно открыли, что трубка более устойчива к излому, чем сплошное тело такого же диаметра.
      Поле окончилось, вы приближаетесь к песчаному холму (рис. 9). Почему так трудно идти по рыхлому песку? Да потому, что когда вы шагаете, то выносите одну ногу вперед, а другой отталкиваетесь. На плотно утоптанной почве ноги находят надежную опору, в рыхлом же песке они увязают. На перемещение песка ногой и на ее высвобождение вы расходуете излишнюю энергию, то есть производите дополнительную работу.
      Здесь проявляется один из основных законов механики: всякое действие сопровождается противодействием такой же силы. Силу противодействия еще нагляднее можно наблюдать при ходьбе по дну лодки, приставшей к берегу: под ногами шагающего лодка уходит назад.
      Вы поднимаетесь на холм. Идти трудно. А почему?
      Двигаясь по ровной дороге, человек затрачивает мускульную силу только на преодоление трения и сопротивления воздуха. А на подъеме приходится преодолевать не только эти сопротивления, но и часть собственного веса. По этой же причине подниматься по лестнице гораздо труднее, чем спускаться вниз. Не случайно в многоэтажных домах обычно устанавливают лифты, которыми пользуются только для подъема. Спуститься вниз нетрудно и без лифте.
      Вы поднимаетесь на холм. Вы совершаете большую работу. Вам стало жарко. Не нарушается ли в этом явлении закон сохранения энергии? Ведь для работы требуется затрата теплоты. Затрачивая работу на передвижение своего тела, вы должны были бы терять теплоту — охлаждаться. Но вы не только не охлаждаетесь, а, наоборот, разогреваетесь? В чем же дело? При движении человека (как и при всякой другой работе) в его организме происходят усиленные химические реакции, при которых, как при горении, выделяется теплота.
     
      В ЛЕСУ
      Вы приближаетесь к лесу. Подойдя к опушке, крикните какое-либо короткое односложное слово. Вам ответит эхо. А что такое эхо? Это отражение звука от стены леса. Звук проходит в среднем 330 метров в секунду. Зная это, вы можете определить, сколько метров осталось пройти до опушки. Допустим, вы услышали эхо ровно через секунду после крика. Нетрудно подсчитать, что до леса осталось 165 метров.
      В стороне от опушки одиноко растет могучий красавец-дуб. Ему не страшны никакие ветры. Силе ветра он противопоставляет силу своего ствола, ветвей, корневой системы, крепких черенков листьев. А другие деревья решают проблему устойчивости по-иному.
      Крона березы, например, расположена равномерно по высоте, и давление ветра на нее значительно. Но ветви березы легко изгибаются от ветра и располагаются, как стрелка флюгера, по его направлению. Этим в значительной степени уменьшается давление на дерево.
      У ели иглы расположены неподвижно и так густо, что между ними трудно пройти ветру, и он оказывает значительное давление на дерево. Поэтому на открытых местах вы ель не увидите. Кстати, она обычно растет на сыром грунте. Почему?
      В сыром грунте корни ели находят достаточно влаги близ поверхности. Они широко разбегаются вокруг дерева, но не проникают в глубину.
      А вот сосна растет на сухих местах, поэтому она вынуждена искать воду на большой глубине. Ее корни проникают в землю очень глубоко. Кстати, благодаря этому сосна более устойчива (рис. 10). В лесу вы чаще встретите поваленные ели и значительно реже — сосны.
      Обращали ли вы внимание на то, что даже в густом лесу всегда можно встретить поваленные ветром деревья, а в открытом поле, где ветер значительно сильнее, одиноко стоящие деревья сваливаются ветром очень редко. Чем это можно объяснить?
      Конечно, ветер в лесу слабее, но деревья там растут в иных условиях. В тени леса нижние ветви отмирают, и крона дерева поднимается высоко вверх. При этом перемещается и центр тяжести всего дерева. Но вы ведь помните закон механики, устанавливающий, что устойчивость тела зависит от положения его центра тяжести: чем ниже центр тяжести, тем устойчивее тело. Из-за повышенного центра тяжести деревья в лесу становятся менее устойчивыми. А на открытом месте деревья не так высоки, кроны их располагаются ниже. В таком приземистом дереве центр тяжести лежит ближе к корням, и оно лучше противостоит напору ветра.
      «Шелест леса», «шум леса» — эти выражения вы часто встречаете в художественной литературе, в песнях. Так называются и некоторые музыкальные произведения. А задумывались ли вы чад тем, какой лес шумит, а какой — шелестит?
      В лиственном лесу слышен шелест, слабый или сильный, в зависимости от ветра. Хвойный лес издает низкий, глухой гул, шумит. Чем вызываются эти звуки?
      Шелест лиственного леса вызывается трением отдельных листьев друг о друга. А в хвойном лесу струи воздуха огибают при ветре ветки и иголки хвои. При этом за ними образуются маленькие вихри, издающие слабый шипящий звук. Сливаясь вместе, эти слабые звуки создают шум леса.
      В лесу немало насекомых — летающих, прыгающих, бегающих. Летающие, понятно, машут крыльями. Как определить, кто машет крыльями быстрее, например, шмель или комар?
      Это нетрудно определить по звуку. Звук — это колебания воздуха. Такие колебания создаются крыльями любого летающего насекомого — мухи, комара, стрекозы, бабочки. Но ухо человека воспринимает далеко не все колебания, происходящие близ нас. Если тело (в данном случае крыло насекомого) совершает в секунду менее 16 колебаний, то мы звука не слышим. Если оно совершает более 15 — 22 тысяч колебаний, мы тоже не слышим его. Причем верхняя граница восприятия тонов у разных людей различна. Например, у стариков она понижается до 6 тысяч колебаний в секунду. Далее, чем быстрее колебания тела, тем выше звук. Поэтому понятно, что если шмель или муха издают жужжание, а комар — тонкий писк, то это значит, что он машет крыльями быстрее, чем муха или шмель, бабочка машет крыльями совсем медленно, поэтому звука мы не слышим.
      Насекомые издают звук не только при полете. Некоторые жуки издают скрипучие звуки трением сегментов брюшка о твердые надкрылья. Ряд саранчевых насекомых имеет специальные зубчики на прыгатель-ных ногах. Двигая ногами, они задевают этими зубчиками за края крыльев; зубчики приходят в колебание, и насекомые издают звук, «стрекочут». А у кузнечика по бокам тела имеются особые выступы: двигая ногами, он задевает их, выступы колеблются и издают звук.
      Ну, раз вы занялись наблюдениями над насекомыми, то обратите внимание на работу неутомимых тружеников — муравьев. И вы согласитесь с одним зоологом, который описывает работу муравьев так:
      «Если крупную добычу тащит десяток муравьев по ровному месту, то все действуют одинаково, и получается внешность сотрудничества. Но вот добыча — например гусеница — зацепилась за какое-либо препятствие, за стебель травы, за камешек. Дальше вперед тащить нельзя, надо обогнуть. И тут с ясностью обнаруживается, что каждый муравей по-своему, и ни с кем из товарищей не сообразуясь, старается справиться с препятствием. Один тащит направо, другой налево; один толкает вперед, другой тянет назад (рис. 11). Переходят с места на место, хватаются за гусеницу в другом месте, и каждый толкает или тянет по-своему. Когда случится, что силы работающих сложатся так, что в одну сторону будут двигать гусеницу четыре муравья, а в другую шесть, то гусеница в конце концов двинется именно в сторону этих шести муравьев, несмотря на противодействие четырех». Выручает закон сложения сил, действующих под углом одна к другой.
      Возможно, вам удастся встретить в лесу белку. Для чего ей нужен большой пушистый хвост? Для того, для чего нужен стабилизатор самолету или планеру. Хвост помогает белке сохранить устойчивость в полете при прыжках по деревьям. А зачем пушистый хвост лисе, которая, как известно, на деревья не лазит? Ей он служит рулем, позволяющим резко и круто сворачивать на быстром бегу.
      Вы подходите к лесному ручью. По камешкам бежит холодная, прозрачная вода. Слышно тихое, но неумолчное журчание. Почему журчит ручей?
      Падая с камешка на камешек, струи воды захватывают и погружают частицы воздуха. Эти частицы немедленно всплывают, образуя на поверхности воды пузырьки, которые тотчас же лопаются. При этом возникают слабые звуки, они сливаются и создают своеобразный шум, который мы называем журчанием.
      Но о воде и водоемах мы еще поговорим. А сейчас — пора домой, в лагерь.
     
      РУПОР
      С законами акустики — учения о звуке — большинство ребят совсем незнакомо. Впервые основные ее законы изучаются в курсе физики для восьмого класса (он начинается небЬльшим разделом «Звуковые явления»). Но с звуковыми явлениями каждый встречается с самых юных лет, буквально на каждом шагу.
      Наверно, все ребята 1знают, что воздух состоит из многочисленных отдельных частиц. А наблюдения и опыты показывают, что источниками звука всегда являются колеблющиеся тела. И при возникновении звука частицы воздуха, находящиеся около звучащего тела, передают колебаний соседним частицам, которые, в свою очередь, толкают следующие и так далее. Таким образом, звук доходит до нашего уха — удивительно тонкого инструмента. Каждое колебание туго натянутой в нем тонкой кожицы, называемой барабанной перепонкой, воспринимается нами как звук.
      Частицы воздуха по своим свойствам напоминают упругие мячики. Поэтому, пользуясь обыкновенным резиновым мячом, mojIho проделать опыт, который даст некоторое предетжление о том, что происходит в воздухе при передача звука его частицами.
      Сделайте пометку меяом на стене, на высоте своего роста. Бросьте с сИгфй мячик в стену. Он вернется по тому же направлению, по которому был брошен мяч. Теперь отойдите р сторону от метки на стене и снова бросьте в нее мячик; он отскочит в противоположную от вас сторону. И тек будет всегда, ведь на него распространяются законы физики.
      Если вы восстановите перпендикуляр из точки удара мячика о стену (то есть из метки) и измерите угол, под которым мячик ударился, то нетрудно убедиться, что он отскочил от стены подтем же углом к перпендикуляру. Первый угол называется углом падения, второй — углом отражения. Физиками установлен закон: угол падения равен углу отражения (рис. 12). Он действителен и для твердых тел, и для жидкостей, и для газов. Этому закону подчиняется и звук.
      Явление отражения звука навело наг мысль построить такие инструменты, при помощи которых звук можно передавать на большие расстояния. Обычно звук (то есть звуковые волны) распространяется во всех направлениях и потому очень быстро ослабевает. Но если направить его в одном определенном направлении, то звук будет достаточно сильным, слышным на значительном расстоянии.
      Устройство для сосредоточения потока звуковой энергии в нужном направлении называется рупором (название это происходит от голландского слова, означающего в переводе «кричать», «звать»). Обычно это коническая труба круглого или прямоугольного сечения. Для усиления передаваемого звука рупор прикладывают узким концом ко рту (рис. 13), а для усиления принимаемого звука — узким концом к уху. Простой рупор нетрудно сделать самим.
      Склейте из картона коническую трубу длиной, примерно, в 1 метр так, чтобы диаметр раструба получился в 15 — 20 сантиметров, а узкий конец конуса имел отверстие диаметром около 3 сантиметров. К этому концу рупора приклейте небольшую картонную воронку так, чтобы удобно было закрывать ею рот. Когда рупор высохнет, приложите рот к воронке, а раструб направьте в ту сторону, куда хотите направить звук. Стенки рупора не Дадут звуку рассеяться во все стороны, и ваша речь будет слышна на значительно большем расстоянии, чем без рупора. Из рисунка видно, как благодаря рупору звуковые колебания, отражаясь от его стенок, распространяются по направлению, параллельному оси рупора.
      Если сделать рупор подлиннее (хотя бы двухметровый), соответствующим образом увеличив диаметр раструба, то с его помощью можно разговаривать на расстоянии в 1 километр. А в тихую погоду, да еще ночью, — даже дальше. Убедитесь в этом на опыте.
      Ну, а в том случае, если у вас достаточно фанеры, можете соорудить рупор-гигант прямоугольного сечения и длиной метра в три (или больше). Носить такой рупор, понятно, не придется. Его надо установить где-нибудь на крыше и так, чтобы его раструб был направлен на открытое место. Попробуйте говорить в него шепотом. Об эффекте будете судить сами.
      Звук хорошо распространяется и в трубах. Поэтому на небольших судах капитанский мостик и помещение рулевого связывают трубами (их так и называют переговорными) с машинным отделением. Это примитивный, но очень надежный «телефон».
      Теперь мы предложим вам еще один несложный опыт по акустике.
      Возьмите отрезок бечевки длиной в четыре-пять метров (длина не играет существенной роли) и приложите один конец ее к уху. Попросите товарища отойти с другим концом бечевки и довольно сильно натянуть ее. Затем попросите товарища очень тихо ударять по бечевке пальцами. Вы услышите как бы стук дождевых капель о раму окна. Если ваш товарищ начнет водить по бечевке гвоздем, вам послышится завывание бури. Если же ваш помощник будет катать шнур между пальцами, вы ясно услышите раскаты грома. При легком подергивании бечевки создается впечатление боя часов.
      Проделайте и другой опыт. Привяжите столовую ложку к середине отрезка бечевки или толстой нитки. Приложите концы бечевки к ушам, немного наклонитесь вперед и слегка стукните висящей ложкой о ножку стола или о край стула. Вы услышите громкий протяжный звон (рис. 14). Это происходит оттого, что натянутая бечевка является лучшим проводником зву-
      ковых колебаний, чем воздух. Чем больше плотность тела, тем лучше оно проводит звук. Наверное, вы не раз встречали в литературных произведениях рассказ
      0 том, как человек прикладывает ухо к земле, чтобы услышать топот скачущих вдали коней.
     
      ГОВОРЯЩАЯ КУКЛА
      В одной из хороших, но почти позабытых книг по занимательной физике (Б. Донат. «Физика в играх»), последнее издание которой вышло почти тридцать лет тому назад, дано описание интересного опыта. Такой опыт хорошо подготовить нескольким ребятам по секрету от других, чтобы потом продемонстрировать его как занимательный технический аттракцион.
      Для опыта нужны два вогнутых зеркала. Так как они будут служить только для опытов со звуками, их можно сделать из картона или папье-маше. Блеск этим зеркалам совсем не нужен, особенной точности тоже не требуется.
      Представьте себе вогнутое зеркало, рассеченное через центр пополам. Линия разреза будет дугой с радиусом, равным радиусу того воображаемого шара, часть которого составляет вогнутое зеркало. Если вы задумаете сделать вогнутые зеркала с радиусом в
      1 метр (этот размер как раз особенно подходит для опыта), то возьмите кусок картона длиной сантиметров в 70 и метровый шнур вместо циркуля. Начертите на картоне дугу так, чтобы захватить ею всю длину картона (рис. 15,А). Вырежьте аккуратно эту часть круга; остальная часть будет служить шаблоном.
      Достаньте непроклеенный картон и нарежьте из него 12 — 15 узких равнобедренных треугольников, основание которых должно равняться примерно 35 сантиметрам. Сшейте эти треугольники (рис. 15, Б), время от времени прикладывая к ним шаблон. Добейтесь того, чтобы они образовали вогнутое зеркало, примерно, соответствующее шаблону. Правда, сначала из сшитых треугольников получится очень плоское коническое зеркало. Чтобы придать ему округлую форму, намочите картон и, когда он размокнет, осторожно растягивайте его, нажимая большим плоским блюдом и руками До тех пор, пока поверхность не примет такую вогнутую форму, которая нужна. Все время прикладывая шаблон по разным направлениям, добейтесь, чтобы зеркало получилось правильной формы.
      Готовое мокрое зеркало положите сушить в тН подложив под него сухие тряпки, чтобы картон провис. Небольшое зеркало (диаметром в 30 — 40 тиметров) можно сделать и из сплошного куска картона. Вырежьте из него круг диаметром в 45 санН метров и, намочив, вытяните его по шаблону.
      Непроклеенный картон не всегда можно найти. Попробуйте сделать небольшие зеркала из папьЦ маше. Заготовьте шаблон, только на этот раз фане ный, и с его помощью вылепите форму из влажном глины, смешанной с песком. Когда форма высохнспН смажьте ее каким-нибудь маслом и оклейте кусочкамЯ газетной бумаги в 8 — 10 слоев. Не снимайте зеркалЛ с формы, пока клей не высохнет, иначе оно покоробится.
      Наконец очень хорошее зеркало можно сделать из гипса. Шаблон его выпилите из доски, но возьмите не вогнутую сторону, а выпуклую. В середине выпук-1 лой части шаблона вбейте гвоздь, откусите шляпку и 1 заострите этот конец (рис. 15,В). Вырежьте из толсто-ч го картона или из фанеры круг такого диаметра, каким должен быть диаметр зеркала, примерно 50 — 60 сантиметров. По краям круга прикрепите борты из картона 10 — 15 сантиметров вышиной. Все щели заделайте глиной или замазкой. В эту форму налейте гипс, смешанный с небольшим количеством жидкого столярного клея, быстро замешайте и, когда масса сделается тестообразной, вставьте шаблон в центр дна и вращайте его. Шаблон соскребет излишек гипса, а оставшийся гипс застынет и образует выемку по форме шаблона. Только не сушите его около печки или на солнце; при быстрой сушке на гипсе образуются трещины.
      Готовые зеркала повесьте в двух комнатах, точно друг против друга, и так, чтобы между ними приходилась дверь. Если зеркала большие, расстояние между ними можно взять до 10 метров.
      В фокусе одного зеркала поставьте какую-нибудь куклу, например, плюшевого мишку, и объявите присутствующим, что она может говорить и отвечать на вопросы.
      Фокус вогнутого зеркала находится против его центра, то есть против самого глубокого места, на расстоянии половины радиуса изгиба (рис. 15,Г). Так, если вы чертили шаблон радиусом в 1 метр, значит, фокус зеркала находится на расстоянии 50 сантиметров от его центра.
      Звуковые лучи, исходя из центра той шаровой поверхности, часть которой составляет зеркало, падают на его поверхность перпендикулярно и отражаются обратно в тот же центр. Если же звучащее тело находится в точке, расположенной несколько ближе к зеркалу, то идущие от него звуковые лучи, отражаясь, соберутся в точках, более удаленных от зеркала, чем его центр. А если исходная точка звуков будет совпадать с фокусом зеркала, то, отразившись, они пойдут параллельно главной оси зеркала и, попав на противоположное вогнутое зеркало, отразятся уже от него и соберутся в его фокусе.
      Чтобы скрыть первое зеркало от зрителей, завесьте открытую дверь кисеей или тонкой простыней — они отлично пропускают звуковые волны. Еще лучше демонстрировать опыт вечером, когда вы можете осветить только ту комнату, в которой находится кукла у зеркала, а смежную (с первым зеркалом) не освещать.
      Зеркала обязательно должны висеть точно одно напротив другого (рис. 16). Установить их нелегко, поэтому перед тем, как приглашать зрителей, проверьте, правильно ли висят зеркала. Иначе может получиться конфуз.
      Установку удобно производить с помощью карманных часов. Повесьте их в фокусе первого зеркала, a тиканье слушайте у второго зеркала в другой комнате. Куклу установите так, чтобы голова ее была как раз в том месте, где лучше всего слышно тиканье часов, то есть в фокусе зеркала.
      Для опыта вам необходим помощник. Он должен стать у фокуса зеркала, висящего в темной комнате, и слушать все, что будут говорить кукле на ухо. Он же должен и отвечать на все вопросы, тихо говоря в фокус своего зеркала. Тогда задавший вопрос услышит ответ, держа ухо у головы куклы. Получается такое впечатление, что действительно говорит кукла, и никто из присутствующих не сможет объяснить, в чем тут секрет. Только смотрите, чтобы ваша кукла не заговорила... мальчишеским басом. Если кукла — девочка, то и в помощники у зеркала возьмите девочку. За куклу-мальчика или медведя будет говорить мальчик. Непременно прорепетируйте опыт наедине со своими помощниками.
      Чтобы помощник, сидящий в темной комнате, не ошибся и не стал говорить не в фокус своего зерка-ла, установите небольшой рупор, через который можно и разговаривать и слушать. Рупор, голова и плечи помощника мало помешают распространению звуковых лучей.
     
      Окончание — в следующем выпуске
     
      Под общей редакцией А. Е. Стахурского
      Ответственный редактор Л. Архарова
      Художественный редактор А. Куприянов
      Технический редактор Е. Соколова
      Корректоры: С. Бланкштейн и Н. Пьянкова
      По оргиналам издательства «Малыш»
     
     
      С. И. ИВАНОВ, директор Марийской республиканской станции юных, техников
      ЮНЫЕ ФИЗИКИ В ПИОНЕРСКОМ ЛАГЕРЕ
      (Выпуск второй)
     
     
      У ВОДОЕМА
      Вы пришли к водоему — озеру, пруду, водохранилищу или к реке. И раз вы условились, что будете беседовать о физике, то лучшего повода, чем купание, вам не найти.
      Каждый может испытать на себе «потерю в весе» по закону Архимеда. Но этого мало. На воде и возле нее можно сделать массу наблюдений и опытов чуть ли не по всем разделам физики.
      Недалеко от берега, на небольшой глубине, полузарывшись в песке, лежит двухстворчатая ракушка — беззубка. Попробуйте попасть в нее концом длинной палочки. Вы направляете палочку прямо в ракушку, но попадаете выше. Вас обмануло преломление лучей. Обман тем больше, чем более полого вам приходится смотреть.
      Вот на поверхности воды плавает утиное перышко. Конец его загнут кверху, как маленький парус. Подул ветерок, и перышко заскользило по воде, как яхта. Не такое ли перышко наблюдал тот первобытный человек, который впервые пристроил к выдолбленному бревну звериную шкуру, чтобы ветер помог переправе через реку?
      Возьмите перышко в руки — оно совсем сухое. Ведь у всех водоплавающих птиц поверхность перьев покрыта тончайшим слоем жира, без которого перья сразу бы промокли. Вода как бы отталкивается от него. С мокрыми перьями далеко не уплывешь)
      В воде, как и в лесу, многе различных насекомых (рис. 1. Все они приспособлены для «водяного» образа жизни. Многие из них легче воды и имеют приспособления для изменения своего удельного веса. Так, превосходный пловец, водлной клоп гладыш, чтобы держаться в воде, непременно должен подлезть под какую-нибудь веточку. Достаточно вылезть из-под нее, и выталкивающая сила воды поднимает гладыша на поверхность. Чтобы нырнуть, он должен сдавить своей мускулатурой объем трахейной (дыхательной) системы й вытолкнуть из нее воздух. Уменьшив таким способом свой удельный вес, гладыш при помощи сильных движений плавательных ног может опуститься на любую глубину. А для подъема вверх ему опять необходимо набрать в трахейную систему воздух, растворенный в воде.
      у жука-плавунца под нвдкрыльями содержится запас воздуха, поэтому он легче воды. В глубине он, как и гладыш, подлезает под водоросль. Но он может выпустить воздух из-под надкрылий и держаться в воде неподвижно. Однако после этой операции жук может выбраться наверх только по каксму-нибудь растению. Интересно, что этот жук иногда перебирается из одного водоема в другой, вследствие недостатка в пище или отсутствия подходящих растений. Причем делает он это в сумерки, которое спасают беспомощное насекомое от врагов.
      Вот как описывает этот перелет П. Е. Медведев в своей интересной книге «Глазами физика»:
      «Подняться в воздух плавунцу очень трудно, он ведь никогда по-настоящему не летает, хотя и имеет крылья. Для этого он взбирается на камень или на любой другой торчащий из воды предмет, затем выбрасывает из слепой кишки вею непереваренную пищу, усиленным движением брюшка накачивает в трахейную систему воздух, издавая при этом все повышающийся тон, как будто волнуясь перед предстоящим полетом. Превратив себя таким образом в «стратостат», жук поднимается на средних ногах, раскрывает надкрылья и, махая ими, улетает.
      Шлепнувшись в новый водоем, он начинает энергично работать ногами, чтобы опуститься глубже, но так как его дыхательная система наполнена воздухом, сделать это ему не удается до тех пор, пока он не заполнит придаток задней кишки водой. Таким образом жук-плавунец а своей жизни бывает и «подводной лодкой», и «стратостатом», и «самолетом».
      Удивительные насекомые — водомерки — упомина-
      ются Даже в учебниках физики как пример, показывающий на наличие сип поверхностного натяжения. Удельный вес водомерки немногим больше единицы, поэтому она не может своим весом прорвать пленку поверхностного натяжения. А ее папки и волоски на теле водой не смачиваются. Поэтому она скользит на лапках, как на подушечках, слегка прогибая пленку воды. Иногда, при сильном ветре, водомерка попадает под воду. Тогда ее спасают короткие несмачива-ющиеся волоски на теле; они автоматически захватывают частицы воздуха. Поэтому тело насекомого становится легче воды, и оно снова всплывает на поверхность. Водомерка умеет даже хорошо прыгать, пользуясь той же силой поверхностного натяжения. Своими самыми длинными и средними ногами она дает тепу сильный толчок, выбрасываясь на 25 — 30 сантиметров вперед.
      Но вернемся к купанию. Вы входите в воду. В свежее утро вода кажется теплее, чем была вчера среди дня. Почему так? Сама по себе вода плохо передает или «проводит» тепло. Поэтому верхние слои воды, хорошо нагретые в течение дня, довольно долго остаются теплыми.
      А попробуйте нырнуть поглубже. Здесь вода значительно холоднее? Это еще раз доказывает малую
      теплопроводность воды.. Лучи Солнца проникают до дна реки, но самая «энергичная», самая греющая их часть (красные и инфракрасные лучи) поглощается верхними слоями воды. В этом нетрудно убедиться. Посмотрите на Солнце из-под воды, оно покажется вам тусклым, желто-зеленым.
      Кстати, вы еще раз можете наблюдать преломление лучей света. Посмотрите, как изменяется высота Солнца при взгляде из-под воды, какими ломаными представляются прямые камыши, растущие в воде у берега.
      Встаньте теперь по пояс в воде спиной к Солнцу и пустите перед собой побольше мелких брызг. Вы увидите яркую радугу, которая олучилась при преломлении солнечных лучей в капельках воды совершенно так же, как получается настоящая радуга в капельках дождя.
      Окунитесь в воду с головой еще раз. Если ваши волосы острижены не очень коротко, то вы можете убедиться, что, пока гоЛова под водой, они торчат во все стороны. Но как только вы подняли мокрую голову из воды, волосы слипаются друг с другом и плотно прилипают к голове. I
      Это прекрасный пример значения поверхностного натяжения в капиллярных явлениях. Волосы слипаются не тогда, когда между ними вода, а когда между ними образуется водяная «пленка», стремящаяся сократиться. Точно так же в воде расправляется акварельная кисточка, и так Сжимаются ее волоски, когда кисточка вынута из воды (рис, 2).
      Тот, кто умеет держаться в воде, лежа неподвижно на спине, может попробовать в таком положении сильно вдыхать и выдыхать воздух. При этом тело погружается и поднимается ив воды, так как воздух изме няет его плавучесть.
      Но пора выходить из фоды. Вы, наверное, заметили, что хотя окружающий воздух более теплый, чем вода, вам делается холодней, (особенно если есть хоть слабый ветерок. Вот еще один пример охлаждения тела при испарении влаги.
      Вы садитесь в лодку, погружаете весла в воду. Но что это? Косо погруженное весло кажется переломанным.
      Посмотрите на дно прямо под лодкой. Оно, кажется, приподнялось.
      Это только обман зрения.
      (...)
      Достаньте с песчаного дна створку ракушки-беззубки. Она отливает перламутром. Почему перламутр так своеобразно светится? Он состоит из множества тонких известковых слоев, лежащих друг на друге. Эти слои отражают и преломляют пвдающие на них лучи света. Но так как свет падает под разными углами, то и цвет раковины при ее повороте изменяется, как бы «переливается».
      Покидая водоем, посмотрите на него издали. Поверхность воды блестит, как зеркало. А ведь вблизи она не блестела. Отчего же озеро издали блестит, а вблизи блеска нет?
      В глаз человека, стоящего далеко от озера, попадают солнечные лучи, отбрасываемые водной поверхностью под небольшим углом к ней. Когда же смотрят на воду вблизи, сверху вниз, в глаз проникают лучи, отбрасываемые ото дна почти отвесно. При этом, если вода чистая, то удается даже различать предметы на дне. Особенно хорошо они видны, когда смотришь с моста или с лодки прямо вниз. В первом случае лучи, посылаемые подводными предметами, теряются в лучах, обильно отбрасываемых водной поверхностью. Во втором случае слабые лучи, рассеиваемые водной гладью, не мешают глазу различать то, что находится под водой.
      Наверное, многие знают, что подводные лодки выслеживаются с самолетов.
      Если вы находитесь у реки, предложите ребятам такую задачу. Поверхность воды в реке кажется плоской, горизонтальной. Так лг это?
      Конечно, нет? Если бы она была горизонтальной, то вода не текла бы вдоль русла реки.
     
      ВОДОЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА
      С помощью этого простого оптического инструмента можно наблюдать, что делается на дне неглубокого водоема или реки.
      Подберите чистое прямоугольное стекло, например фотопластинку размером 9 X 12 или 13 X 18 сантиметров, отмытую горячей водой. По размерам пластинки сделайте из тонких досок длинный прямоугольный ящик — корпус трубы. Длина его не имеет решающего значения и может сост влять от 50 до 100 сантиметров и Даже больше.
      Стекло вделайте в корпус так, чтобы оно образовало дно ящика (рис. 4).
      Все щели и места соединения залейте варом или заделайте водоупорной замазкой. Стекло можно вклеить клеем БФ-2. Внутри окрасьте трубу в черный матовый цвет (можно клеевой краской или тушью), а снаружи — масляной или нитрокраской любого цвета.
      В корпус, недалеко от стекла, ввинтите ушко и к нему привяжите какой-нибудь груз, например гайку или кусочек свинца. Это нужно для того, чтобы трубу было легче держать в вертикальном положении. Без груза вода будет ее выталкивать.
      С лодки, с мостков или с берега погрузите трубу в воду стеклом вниз и смотрите в верхнее отверстие
      закрывать его стеклом не нужно). Внизу сквозь стекло особенно ясно видно речное дно, водоросли, ракушки, мелкие рыбешки.
     
      МЫЛЬНЫЕ ПУЗЫРИ
      Многие считают, что мыльные пузыри — это пустая забава для малышей-дошкольников. И очень удивятся, если вы скажете им, что серьезные взрослые люди годами изучали мыльные пузыри в своих лабораториях. Ведь мыльный пузырь — замечательное явление? На нем можно изучать многие законы физики. Кстати, пустить хороший, большой и прочный мыльный пузырь совсем не так просто, для этого требуется искусство.
      Прежде всего нужен хороший мыльный раствор. Самая плохая мыльная вода получается от самого хорошего туалетного мыла. Очень подходит ядровое и зеленое мыло. Для раствора следует брать дистиллированную или, в крайнем случае, мягкую дождевую воду. Существует несколько рецептов мыльных растворов, но приведем только один, наиболее подходящий Для лагерных условий.
      Растворите 8 граммов тонкой стружки ядрового мыла в 150 миллилитрах теплой воды и добавьте в полученный раствор 15 миллилитров глицерина. Случайно попавшая в раствор краска или грязный глицерин испортят его.
      Приготовленную мыльную воду можно сохранять несколько дней в хорошо закупоренной стеклянной посуде.
      Для выдувания пузырей пользуйтесь соломинкой, расщепленной с одного конца на четыре части, или стеклянной трубкой с немного расширенным концом и хорошо отполированными краями. Края трубки предварительно натрите мылом, иначе пузыри будут лопаться при спускании. Пузыри могут лопнуть и тогда, когда в трубочку попадает слюна.
      Помните, что конец трубки или соломинки должен быть хорошо увлажнен раствором мыла, иначе пузыри тотчас же будут лопаться.
      Налейте на блюдечко немного раствора, наберите его на соломинку и выдуйте шар. На первых пузырях всегда появляется снизу капелька мыльного раствора, и для опытов они не годятся. Стряхивайте их и снова набирайте мыльную воду, сначала понемногу, затем все больше и больше.
      Выдуйте пузырь сантиметров 20 в диаметре. Легким толчком отделите его от соломинки. Сначала пузырь поднимется немного кверху, а затем, переливаясь всеми цветами радуги, медленно опустится и, прикоснувшись к полу, лопнет. Он был наполнен вашим горячим дыханием и поэтому поднялся кверху, как и тепловой воздушный шар авиамоделистов, затем остыл и опустился. Этот опыт удается только в очень спокойном воздухе, и не сразу.
      Теперь выдуйте большой пузырь, но так осторожно, чтобы он остался висеть на соломинке. Сдавите соломинку близко от губ двумя пальцами и выньте изо рта. Слегка ослабьте давление пальцев — воздух начнет выходить, и пузырь заметно уменьшается. Поднесите к противоположному концу соломинки горящую свечу — пламя свечи отклонится в сторону или даже погаснет. Значит, воздух действительно выходит из соломинки. Следовательно, внутри пузыря существует довольно сильное давление, и если он не лопается, то это значит, что мыльная пленка способна выдерживать сравнительно сильное давление и что на поверхности пузыря есть сильное натяжение.
      Следующий мыльный пузырь «расскажетэ еще больше. Снова сожмите соломинку, намочите пальцы в растворе мыла и попробуйте раздавить ими пузырь. Он будет скользить между пальцев, принимать различные формы, но не лопаться. Выдуйте пузырь в тени, а затем вынесите его на солнце. Под действием солнечного тепла воздух, находящийся внутри пузыря, расширится, пленка растянется, и пузырь станет больше. Все это свидетельствует о том, что мыльный пузырь обладает большой силой поверхностного натяжения.
      Хотите попробовать выдуть очень большой пузырь?? Наберите на соломинку раствор, выдуйте небольшой пузырь, стряхните его, не давая вырасти, и сейчас же не спеша выдуйте другой. Если сделать это ловко, то можно получить пузырь диаметром в 25 сантиметров и даже больше.
      Мыльный пузырь не лопнет, если прикоснуться к нему стеклянной трубочко?, смоченной мыльной водой. Такую трубочку мож*4о ввести внутрь пузыря и выдуть в нем другой пузыр .. Когда вы вытащите трубочку, второй пузырь упадет на дно первого, большего пузыря, и будет лежать там. Теперь легонько постучите по трубке первого пузыря, второй пузырь при этом выйдет наружу » повиснет, как корзина воздушного шара.
      Поставьте на дно большой стеклянной банки маленькую чашечку с кусочкфми мела или с осколками мрамора. Полейте мел или мрамор раствором соляной кислоты (1 часть кислоты на 10 частей воды. Подождите, пока кипение в чашечке окончится, и начинайте опыт.
      Выдуйте небольшой пузырь и осторожно стряхните его в банку. Сначала он упадет почти на дно, потом поднимется кверху, опять упадет вниз и, наконец, остановится в банке на небольшой высоте. Здесь он станет принимать различнее окраски: светло-голубую, зеленую, желтую, красную, пурпуровую, снова голубую, только значительно гуще, чем вначале. При этом шар опустится книзу и лопнет, не достигнув дна. Что же с ним происходило?
      Вы облили мел (или мрамор) соляной кислотой — образовался углекислый газ. Он тяжелее воздуха и поэтому остается в банке. На поверхности этого озера
     
      Положите на дно тарелки цветок, затем влейте на нее мыльный раствор так, чтобы дно тарелки было покрыто слоем в 0,2 — 0,3 сантиметра. Накройте все это стеклянной воронкой со смазанными мылом краями. Затем медленно поднимайте воронку, дуя в ее узкую трубочку, — образуется мыльный пузырь. Когда он достигнет достаточных размеров, наклоните воронку и высвободите из-под нее пузырь (рис. 6. Цветок окажется лежащим под прозрачным колпаком из мыльной пленки, отливающей всеми цветами радуги.
      С воронкой и тарелкой проделайте другой опыт Выдуйте из воронки большой мыльный пузырь. Затем погрузите соломинку в сосуд с мыльным раствором настолько, чтобы сухим остался только тот кончик, который вы берете в рот. Смоченную соломинку осторожно введите через стенку первого пузыря до центра. Медленно вытягивая ее обратно не доводя, однако, до стенок наружного пузыря), выдувайте второй пузырь, заключенный в первом, в нем — третий, четвертый н т. д.
      Мыльные пузыри можно наполнять табачным дымом, светильным газом и т. д. Пузырь, наполненный светильным газом, способен поднять небольшую тяжесть, например бумажную фигурку.
      Согнутые из проволоки различные геометрические фигуры можно затянуть мыльной пленкой. Для этого их нужно погрузить в мыльный раствор, а затем осторожно вынуть.
      Как долго «живет» мыльный пузырь? Вы скажете, что несколько секунд или, в лучшем случае, минут? Ошибаетесь? Известный популяризатор науки, автор многочисленных книг Я. И. Перельман, приводил несколько примеров, когда мыльные пузыри при надлежащем обращении хранились (под стеклянными колпаками или в особых бутылках) более месяца, а иногда — даже годами.
      Закончим описание опытов с мыльными пузырями двумя вопросами.
      У какой воды больше поверхностное натяжение — у чистой или у мыльной? У чистой воды.
      Почему же из мыльной воды получаются такие большие и прочные пузыри, каких из чистой воды получить нельзя?
      Прочность пленки зависит не от поверхностного натяжения, а от вязкости. Мыльная вода обладает большей вязкостью.
      ка углекислого газа и плавает мыльный пузырь. Ведь он наполнен воздухом, который легче углекислого газа. Оболочка пузыря настолько мало весит, что не тонет, но постепенно углекислый газ проникает внутрь пузыря и заставляет его потонуть и лопнуть (рис. 5).
      Если опустить мыльный пузырь на стеклянную пластинку, смоченную мыльным раствором, то пузырь растянется над ней, как небесный свод.
     
      В ГРОЗУ
      Все предвещает грозу. Кучевые облака быстро растут вверх, напоминая поднимающееся тесто, и превращаются в облако с «наковальней» (так называют
      перистообразную часть кучеводождевого облака, состоящую из ледяных кристаллов) — грозовое облако. Температура воздуха высокая, чувствуется духота от наличия в воздухе большого количества водяного пара. Обратите внимание на показания барометра: давление воздуха падает. Ветер — юго-восточный или южный, внизу он дует в сторону грозы, а на высоте облака отклоняются вправь или даже движутся 8 обратную сторону.
      Грозовой дождь всегда л» вневый. Он начинается внезапно и также внезапно кончается. Сила его неравномерна, резко колеблется. Наиболее сильное выпадение капель бывает непродолжительным.
      На землю упали первые тяжелые капли... Выходить под открытое небо нельзя, все собрались в комнате или на веранде. Поговорим с дожде.
      Можно ли взвесить одну каплю дождя? Каким способом?
      Можно, Нужно вынести на мгновение под дождь лист промокательной бумаг»- и затем точно измерить диаметр пятна (или нескольких пятен), получившегося от одной капли. После этого надо получить такое же пятно от предварительно взвешенной на точных химических весах водяной капли.
      Отчего зависит величина дождевых капель? Если туча массивная, толстая, то и капли дождя из этой тучи будут крупные. Если же туча тонкая, просвечивающая, то капельки дождя из нее будут мелкие.
      Почему так происходит?
      Маленькая капля, зародившаяся вверху тучи, падает сквозь всю ее толщу. По пути к ней присоединяются такие же капли. К моменту вылета из тучи капля становится большой. Если же туча тонкая, то путь капли внутри ее мал, и она не успеет захватить большое количество встречных капель.
      Всегда ли из дождевых туч выпадает дождь? Нет. Что же задерживает его вверху? Почему он не выпадает весь сразу?
      Некоторые из вас думают, что облака состоят из. водяного пара и плавают в воздухе потому, что пар легче воды. Но это неверно: водяной пар вообще невидим, а облака видимы. Облако — это туман, то есть маленькие водяные капельки. Каждая такая капля состоит из миллионов молекул, в то время как частицы пара есть отдельные молекулы воды. Не падают эти маленькие капли только потому, что воздух оказывает им большое сопротивление, как бы поддерживает дождь над землей. Для маленьких капель разность сил тяжести и сопротивления воздуха равна нулю.
      Когда становится холоднее, иапельки сжимаются, не изменяясь в массе. Поэтому площадь их поперечного сечения на грамм массы делается меньше, сила сопротивления тоже уменьшается, капля начинает падать вниз. Вначале она падает равномерно-усноренно, но по мере увеличения скорости падения капли растет и сила сопротивления воздуха: она также зависит от скорости. Довольно скоро эта сила становится равной весу капли. С этого момента капля падает равномерно, двигаясь по инерции. Такова механика дождя.
      А что такое молния? Электрический разряд между облаками, отдельными частями одного облака или электрический разряд между облаком и земной поверхностью. Наиболее частый, типичный вид — линейная молния, в виде искрового разряда с разветвлениями длиной в среднем 2 — 3 километра (иногда до 20 километров и более); диаметр молнии — порядка десятков сантиметров.
      Какого цвета молния? Обычная линейная молния имеет ярко белый цвет с лиловым оттенком.
      Обычно молнию рисуют в виде изломанной линии с острыми углами. В действительности молнии такими никогда не бывают. Изгибы молнии округлены в виде петель и вовсе не похожи на зигзаги. Многие линейные молнии более всего напоминают корень какого-либо растения — это хорошо видно на снимках рис.7.
      Какова скорость молнии? Впереди молнии движется узкая искра — лидер, который как бы прокладывает путь главному разряду. Он движется со скоростью 180 километров в секунду, то есть в 2000 раз медленнее света и радиоволн. Поэтому выражение «быстрый, как молния» — не совсем верное, так как явно переоценивает быстроту разряда.
      Велика ли энергия молнии? Нельзя ли использовать ее для практических цепей?
      Мощность, развиваемая молнией, исключительно велика. В отдельные моменты она может достигать нескольких сотен миллионов киловатт. (Для сравнения укажем, что мощность Братской ГЭС составляет 4,5 миллиона киловатт. Однако из-за чрезвычайно малой длительности разряда (всего около 0,001 секунды?) работа производимая им, получается сравнительна небольшой. Так, если бы всю энергию, выделяемую в грозовом разряде, использовать на подогрев воды, то удалось бы повысить температуру одной тонны жидкости на 10 — 15°. Чтобы питать одну электрическую лампочку в 20 ватт в течение одного часа, понадобилось бы около 20 молний. При такой небольшой работоспособности молнии вряд ли можно говорить о целесообразности технического ее использования.
      Это не все. Молния отличается исключительно капризным «характером» и непостоянством. Может случиться так, что в месте сооружения установки для улавливания молний, выбренгом после многочисленных разрядов в течение одно-1
      грозы, несколько лет затем не будет ни одчой молнии. Даже в случае применения для улавливания молнии тросов, поднятых над землей на 400 — 800 метров, в местности с двадцатью грозовыми днями в году удастся поймать всего 20 — 25 разрядов. Мы уже говорили, что этого количества энергии хватит для питания одной маленькой электролампы в течение часа. Во сколько десятков тысяч рублей обошелся бы этот час?
      В свое время были попытки использовать природную молнию в качестве источника сверхвысоких напряжений для лабораторных опытов. Однако теперь созданы такие специальные аппараты, которые обладают значительно большими возможностями, нежели молнии.
      Итак, служить человеку молния не может. А вред принести может. Разряды, «падающие» на землю, бывают губительны для тэ-фей, животных, деревьев и различных построек. При ртом молнии чаще «ударяют» в высокие предметы ( чем в низкие. Почему?
      Воздух — плохой проводник электричества, поэтому чем выше предмет, тем легче «ударить» в него молнии, так как слой воздух* между этим предметом и облаком небольшой. Но молния капризна и может поразить низкий предмет миновав более высокий.
      После сильной грозы рсмотрите местность, чтобы узнать, не «ударила» ли олния где-нибудь неподалеку. Дерево, сломанное молнией, всегда имеет своеобразный вид: оно растолото вдоль. Раскалывание происходит вследствие кильного нагревания соков в древесине при прохождении электричества через ствол; жидкость мгновенье превращается в пар, который и разрывает дерево? При этом дуб страдает от ударов молний чаще, че-4 бук, орешник и другие деревья, содержащие в домесине много масла. Ведь масло делает эти деревь неэлектропроводными, и на их вершинах не собирается электрические заряды, притягивающие молнию.
      Иногда молния «ударг-ST» в почву. Вам может посчастливиться найти на поверхности земли то, что народ называет «громовой: стрелой» — короткую палочку сплавленного молнией пгска. Попадаются на земле и камни, покрытые словно стеклянной коркой. Не примите их за упавшие t неба метеориты — это земные камни, оплавленные молнией.
      (...)
      Теперь вы можете объяснить товарищам, что наивно бояться грома. Ведь он только «сообщает» о том, что уже произошло несколько секунд или даже десятков секунд тому назад, причем подчас на достаточно большом расстоянии.
      Очень редко, но все же случается видеть так называемые «шаровые» молнии. Шаровая молния — это ослепительно яркий шарик красноватого цвета, медленно плывущий в воздухе. Такой шарик может проникнуть даже внутрь помещения — через открытое окно, форточку, дверь и даже через печную трубу, поэтому все эти отверстия рекомендуется во время сильной грозы закрывать. На вид шаровая молния очень безобидна, но на самом деле опасна. Приближаться к ней нельзя, но если о».а появилась вблизи, (
      то бежать от нее тоже не следует, иначе она может последовать за вами, увлекаемая воздушным потоком,
      который возникает при беге человека. Однако, повторяем, шаровая молния — явление очень редкое, и подавляющему большинству людей оно не встречается в течение всей их жизни.
      От молний надо отличать «зарницы» — вспышки света без грома. Зарницы — отблеск очень далеких мол- 3 ний, гром которых не слышен из-за дальности расстояния.
      Тем, кто особенно заинтересуются грозами и молниями, порекомендуйте прочитать книгу: В. Колоколов. О грозе. Л., Детгиз, 1956.
      О том же, как построить молниеотвод (раньше такие устройства неправильно назывались «громоотводами», хотя никакого грома они, понятно, не отводили), рассказывает статья «Выходи на постройку молниеотводов», напечатанная в N2 4 журнала «Юный техник» за 1961 год.
      Гроза кончается... Сквозь густую завесу облаков проглядывает солнце. При этом на небе часто появляется красивая разноцветная дугообразная полоса — радуга. Она видна на противоположной солнцу стороне неба, там, куда уходят грозовые тучи. Чем вызвано это явление? Полным отражением и рассеянием (дисперсией) солнечных лучгй в дождевых каплях. Таи как в воздухе находится много капелек дождя, расположенных одинаково по отьошению к Солнцу и глазу наблюдателя, то все преломленные каплями лучи сливаются, и глаз видит не отдельные цветные точки, а целые цветные полосы. Радуга состоит из нескольких дуг, окрашенных в разные цвета. Общий центр этих дуг лежит не линии, проходящей через источник света и глаз наблюдателя.
      При каком условии видна радуга? Пишъ тогда, когда высота Солнца над горизонтом не превышает 42э. Наиболее усиленно окрашенные лучи рассеиваются в направлении, образующем примерно 41° с направлением солнечных лучей (рис. Б). Геометрическое место точек А, дающих лучи АВ, которые образуют угол 41° с горизонтальной прямой ВС, есть дуга окружности.
     
      ИЗ СКОЛЬКИХ ЦВЕТОВ СОСТОИТ РАДУГА
      Проделайте такой опыт. Поставьте на пути солнечного луча трехгранную стеклянную призму, а позади ее поместите лист белой бумаги. Пройдя сквозь приз- i му, солнечный луч отразится на бумаге семью разноцветными полосками — лучами. Такая многоцветная полоска называется солнечным спектром. Причем цветные лучи в солнечном спектре располагаются в строго определенном порядке. Основных цветов пять: красный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый. Кроме основных цветов, различают промежуточные оттенки: красно-желтый (оранжевый) и фиолетово-голубой (синий). Поэтому принято считать, что в спектре семь цветов. А белый цвет? Он образуется при сложении семи разноцветных лучей.
      Если же учитывать каждый поддеющийся различению оттенок цвета, то в спектре можно рассмотреть их свыше 150. Но в радуге вы обычно видите только три цвета: красный, зеленый и фиолетовый; иногда едва заметен желтый, а переходные цвета совсем не различаются.
      В заключение предложим ребятам самим ответить на такие вопросы:
      Удавалось ли кому-нибудь добраться до нижнего конца радуги (рис. 10)? Можно ли подойти к радуге поближе или отойти от нее подальше?
      В этой брошюре рассказано о том, как вести наблюдения некоторых физических явлений в окружающей природе, как сделать несколько простых опытов, дан ряд вопросов для викторин по физике. Но все это лишь небольшая часть того, что могут проделать активные юные физики в пионерском лагере.
      Все примеры на физические явления даны из живой природы. Физика и даже техника теперь очень тесно связаны е биологией. Знание живой природы физикам необходимо.
      В природе еще немало секретов. Перелетные птицы совершают ежегодно поле.ы на многие тысячи километров, не сбиваясь с дороги и выбирая кратчайший путь. Обыкновенный светлячок обладает самым экономичным и рациональным источником света, какой только существует на Земле. Комары, мухи и пчелы способны двигаться в воздухе задом наперед. Морское животное — медуза — узнает о приближении шторма за 15 часов. Дельфин видит в море добычу, находящуюся в трех километрах от него, и различает съедобных рыб от несъедобных. Эти и многие другие загадки живых организмов содержат секреты техники будущего, раскрытие которых позволило бы создать совершеннейшие приборы, идеальные механизмы.
      Мир познается сравнением. На заре XX века людей поражали паровоз и самолет. Сегодня, в эпоху атомоходов и спутников, нас поражают органы чувств живых существ, их нервная система. Ведь они образуют единую слаженную работающую «машину». Эта «машина» по своей сложности и совершенству работы пока не имеет себе подобных в мире техники. Самые совершенные кибернетические машины справляются только лишь с простейшими задачами по сравнению с теми, которые постоянно приходится решать нервной системе даже самых низших животных. И в науке появилось новейшее направление — бионика, применяющая знания биологических процессов и методов при решении инженерных задач. Заимствуя «изобретения» живой природы, бионика осуществляет связь биологин с физикой, техникой, ма.ематикой, химией. Техника начинает учиться у природы, накопившей за миллиарды лет достаточно мудрости.