Знаете ли вы физику?

178

Почему в солнечный день на мостовой отчетливо видна тень от уличного фонаря, но тень проволок, на которых он подвешен, видна слабо (рис. 48)?

^{Рис. 48. Почему проволока не отбрасывает на мостовую полной тени?}

179

Что больше: облако или его полная тень (рис. 49)?

^{Рис. 49. Что больше: облако или его полная тень?}

180

Можно ли при свете полной луны читать книгу?

181

Что светлее: черный бархат в солнечный день или чистый снег в лунную ночь?

182

Что освещает сильнее: звезда первой величины или свеча с расстояния 500 м?

183

Луну мы видим белой; в телескоп поверхность ее кажется словно гипсовой. Астрономы утверждают, однако, что поверхность ее темно-серая. Как примирить эти противоречия?

184

Почему снег белый, хотя составлен из прозрачных ледяных кристалликов?

185

Почему блестит начищенный сапог?

186

Сколько цветов в солнечном спектре и сколько их в радуге?

187

1. Некто утверждает, что в полдень 22 июня видел в Москве радугу на небе.

Возможно ли это?

2. Автор старинного сочинения о радуге (парижский аббат де-ла-Плюш, 1781) сообщает, что ему случилось видеть радугу, находясь в Париже у одного ее конца, в то время как другой ее конец упирался в предместье города.

При каких условиях это могло наблюдаться?

188

Какого цвета кажутся красные цветы через зеленое стекло? А синие через то же стекло?

189

Когда золото имеет цвет серебра?

190

Почему ситец, лиловый при денном освещении, кажется черным при вечернем электрическом свете?

191

Почему небо днем голубое, а при закате Солнца С красное?

В учебнике для 9-го года обучения «Основы эволюционного учения» излагается теория переноса зародышей через мировое пространство давлением световых лучей и, между прочим, сообщается следующее:

Аррениус подсчитал, что для передвижения живых зародышей потребовалось бы: 20 дней, чтобы зародыши попали на Землю с Марса, 14 месяцев с Нептуна…

Цитата явно ошибочна. Почему?

193

Почему в железнодорожной практике для сигнала остановки выбран красный цвет?

194

Как зависит показатель преломления света от плотности среды?

195

Из вопросов Эдисоновой викторины:

Показатель преломления одного стекла 1,5, другого 1,7. Из того и другого выточено по двояковыпуклой линзе. Обе линзы геометрически одинаковы. В чем разнятся они оптически?

Какое действие каждая из них произведет на луч, параллельный оптической оси, если их погрузить в прозрачную жидкость с показателем преломления 1,6?

196

Луна близ горизонта видна более крупной, чем высоко в небе (рис. 50). Почему же на таком увеличенном диске не замечаем мы новых подробностей?

^{Рис. 50. Когда на диске Луны видно больше подробностей: при высоком или при низком ее положении на небе?}

197

Почему проколотый листок тонкого картона действует подобно лупе (рис. 51)?

^{Рис. 51. Лупа из деревянной катушки. Объект приклеивают к прозрачному целлулоидному кругу С и рассматривают через тонкий прокол О в картонном кружке Р. Внутренность катушки вычернена тушью}

198

«Солнечной постоянной» называется количество энергии, ежеминутно доставляемой солнечными лучами 1 см², выставленному на наружной границе земной атмосферы перпендикулярно к лучам Солнца.

Где солнечная постоянная больше: зимою на тропике или летом на полярном круге?

199

Что чернее всего?

200

Как можно вычислить температуру солнечной поверхности?

201

Что такое температура мирового пространства? Какую температуру должны принять тела, помещенные в мировом пространстве?

VI. Разные вопросы

202

Существует ли металл, намагничивающийся сильнее железа?

203

Намагниченная спица разломана на мелкие части. Какой из полученных обломков окажется намагничен сильнее С находившийся ближе к концам спицы или ближе к середине?

204

На чувствительных весах уравновешены железный цилиндр и медная гиря (рис. 52).

^{Рис. 52. Задача о куске железа на весах}

Учитывая действие земного магнетизма, можно ли признать массы куска железа и гири строго равными?

205

1. Легкий бузинный шарик притягивается палочкой. Значит ли это, что палочка была первоначально наэлектризована? А если бузинный шарик от палочки отталкивается?

2. Железная палочка притягивает стальную иглу. Значит ли это, что палочка была первоначально намагничена? А если иголка от палочки отталкивается?

206

Как приблизительно велика электроемкость человеческого тела?

207

Электрическое сопротивление нити накала в нагретом состоянии иное, чем в холодном. Как велика эта разница, например, для 50-ваттной пустотной лампы?

208

Проводит ли стекло электрический ток?

209

Для некоторых родов электрических лампочек вредно частое выключение. Почему?

210

Какой силы свет дает газополная электрическая лампа в 50 ватт?

211

Нити накала электрической лампочки, когда она не под током, настолько тонки, что едва различаются невооруженным глазом (рис. 53). Почему же заметно утолщаются они под током?

^{Рис. 53. Толщина нитей накала В по сравнению с толщиной человеческого волоса А и нити паутины С (в мм)}

212

Какой примерно длины молния?

213

Отрезок был измерен дважды. В первый раз для его длины получено было значение 42,27 мм, во второй С 42,29 мм.

Какова истинная длина отрезка?

214

Эскалатор Московского метрополитена на станции «Мясницкая»^[3] поднимается от уровня станции до входа в течение 1 мин. 20 с. Пассажир, взбираясь по ступеням неподвижного эскалатора, может пройти тот же путь в 4 минуты.

Во сколько времени поднимется от станции до входа пассажир, если будет взбираться по ступеням поднимающегося эскалатора?

215

Для чего поют «Дубинушку» при работе на ручном копре (рис. 54)? Какая опасность угрожала бы рабочим, если бы при копре (старого устройства) они работали молча?

^{Рис. 54. Для чего при работе на копре поют «Дубинушку»?}

216

Из викторины Эдисона:

«Два города, расположенные на разных берегах реки в миле (1,6 км) друг от друга, остались после стихийного бедствия без взаимного сообщения. Как установили бы связь между этими городами, не пользуясь услугами электричества? Переправиться через эту реку для человека невозможно»

217

На глубине 1 км затонула в море незакупоренная бутылка. Как изменится вместимость бутылки под давлением воды С увеличится или уменьшится?

218

Для точных измерений употребляются в технике стальные бруски, называемые «плитками Иогансона» Приложенные друг к другу, плитки эти, хотя не намагничены и ничем не скреплены (рис. 55), держатся вместе очень прочно.

Почему?

^{Рис. 55. Почему плитки Иогансона держатся вместе?}

219

Вот заимствованное из иностранного детского журнала описание простого опыта, цель которого С демонстрировать атмосферное давление:

«Горящий огарок свечи укрепляют на дне стеклянной банки и, когда пламя погорит некоторое время, накрывают банку крышкой, проложив между ними увлажненное резиновое кольцо. Пламя тускнеет и вскоре гаснет (рис. 56). Попробуйте тогда оторвать крышку от банки С это удастся вам лишь при значительном усилии.

Причину явления легко понять. Пламя потребляет кислород, запас которого в герметически закрытой банке ограничен. Когда он расходуется весь, пламя гаснет. Оставшаяся часть воздуха, заняв больший объем, разрежается и давит слабее. Избыток наружного давления и прижимает так сильно крышку к банке»

^{Рис. 56. Опыт со свечой в банке}

 

Находите ли вы это объяснение правильным?

220

Какой термометр появился раньше: Цельсия, Фаренгейта или Реомюра?

221

Какой национальности были Цельсий, Реомюр и Фаренгейт?

222

Из популярно-научной книжки:

«На основании некоторых измерений ученые узнали, что плотность всего земного шара равна приблизительно 5¹/₂; объем же его известен, так как измерена величина его поперечника. Умножая этот объем на 5¹/₂, ученые и нашли, чему равна масса Земли».

Правильно ли указан здесь путь, каким определена была масса земного шара?

223

В одном из сборников физических задач имеется следующая:

«Астрономы считают, что наша Солнечная система летит со скоростью около 17 км/с по направлению к созвездию Лиры. Какие явления можно было бы заметить на Земле, если бы это движение было не равномерным, а ускоренным или замедленным?» Дайте ответ.

224

После прочтения мною доклада о будущих ракетных полетах в мировом пространстве, мне сделано было одним астрономом такое возражение:

«Вы упускаете из виду существенное обстоятельство, делающее достижение Луны в ракетном корабле совершенно безнадежным предприятием. Масса ракеты С по сравнению с массою небесных тел С исчезающе мала, а ничтожные массы получают огромные ускорения под действием сравнительно малых сил, которыми при других условиях можно было бы пренебречь. Я имею в виду притяжение планет С Венеры, Марса, Юпитера. Оно, конечно, крайне невелико, но ведь масса ракеты практически равна нулю, и для такой ничтожной массы действие даже небольших сил должно быть чрезвычайно ощутительно. Они породят огромные ускорения С ракета будет метаться в мировом пространстве по самым фантастическим путям, откликаясь на притяжение каждого сколько-нибудь массивного тела, и в своем блуждании никогда на Луну не набредет» Ваше мнение, читатель?

225

Вот еще одно возражение против осуществимости межпланетных перелетов. Астроном, разбирая (в сборнике «Успехи и достижения современной науки и техники») условия пребывания человека в среде без тяжести, высказал следующее соображение:

«Наш организм очень чутко реагирует на всякое нарушение в этом отношении. Попробуйте побывать некоторое время с опущенной головой или с поднятыми вверх ногами. Наступающие расстройства кровообращения бывают очень серьезны. Если так действует изменение направления силы тяжести, то как же должно действовать ее отсутствие!» Что скажете вы о логической силе этого довода?

226

Третий закон Кеплера формулируется в разных руководствах различно. В одних утверждается, что квадраты времен обращения планет и комет относятся как кубы их средних расстояний от Солнца. В других С что они относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Какая формулировка правильна?

227

Если бы планеты обращались вокруг Солнца по строго круговым орбитам, они не совершали бы, очевидно, никакой механической работы, так как не удалялись бы от притягивающего их тела. Дело не меняется и для эллиптической орбиты, например для случая обращения Земли вокруг Солнца. Действительно, переходя из точек эллипса, близких к Солнцу, к точкам, более удаленным от него, Земля затрачивает энергию на преодоление притяжения Солнца; но расход этот возвращается полностью, когда Земля приходит в прежнее место. В итоге, кружась около Солнца, Земля не расходует энергии, и такое движение может длиться неопределенно долго.

Мы приходим к заключению, что обращение планет представляет собой пример подлинно вечного движения.

Но если так, то почему же физика утверждает, что вечное движение невозможно?

228

Укажите основания, дающие право рассматривать живой человеческий организм как тепловую машину.

229

Почему светятся метеоры?

230

В фабрично-заводских районах туманы бывают чаще, чем в окружающих лесистых или земледельческих местностях. Лондонские туманы вошли в поговорку.

Чем это объяснить?

231

Какая разница между туманом, дымом и пылью?

232

Существует народное поверье, что легкие облака тают в лучах Луны. Летом это поверье часто оправдывается. Как объяснить подобное действие лунного света?

233

Где молекулы обладают большею кинетической энергией: в водяном паре при 0 °C, в жидкой воде при 0 °C или во льду при 0 °C?

234

Какова приблизительно скорость теплового движения молекул водорода при минус 273 j С?

235

Достижим ли абсолютный нуль?

236

Что такое вакуум?

237

Какова по приблизительной оценке средняя температура вещества во всем мире?

238

Можно ли видеть невооруженным глазом одну 10-миллионную долю грамма вещества?

239

Если взять какое-либо вещество в количестве одной «граммолекуль» т. е. такое число его граммов, которое равно молекулярному весу этого вещества (например, 2 г водорода или 32 г кислорода), то во взятой порции всегда окажется одно и то же число молекул, именно 66 с 22 нулями (66 · 10²²). Число это носит в физике название «числа Авогадро» Вообразите, что имеется такое число не молекул, а булавочных головок. Вы желаете заказать ящик для вмещения этой огромной кучи головок. Высота ящика назначена вами в 1 км. Каковы приблизительно будут размеры его основания? Поместился ли бы такой ящик в пределах Москвы или Ленинграда?

240

Если в океан вылить литр спирта, то молекулы спирта распределятся через некоторое время равномерно по всей водной массе Мирового океана.

Сколько приблизительно понадобится зачерпнуть в океане литров воды, чтобы выловить одну молекулу спирта?

241

Во сколько приблизительно раз среднее расстояние между молекулами водорода, при 0 °C и нормальном давлении, больше поперечника газовой молекулы?

242

Укажите «на глаз» как велик неизвестный член пропорции:

243

Какой приблизительно величины были бы молекулы, если бы все тела на Земле увеличились линейно в миллион раз?

244

Чему приблизительно равен х в пропорции:

245

1. Если бы мельчайшая бактерия увеличилась до размеров земного шара, какой приблизительно величины оказались бы электрон и протон?

2. Если бы электрон сделался толщиной с волос, какой толщины оказался бы волос?

3. Если бы диаметр орбиты Нептуна был уменьшен до диаметра Земли, какой величины оказалась бы Земля?

4. Если бы диаметр Земли уменьшился до 1 мм; как велико оказалось бы (при пропорциональном уменьшении) расстояние до Сириуса?

5. Если бы вся Солнечная система уменьшилась в диаметре до толщины волоса, каково оказалось бы в соответствующем уменьшении расстояние до туманности Андромеды?

246

Как надо понимать утверждение новейшей физики, что энергия обладает массой и имеет вес?

247

Как надо смотреть на классическую механику в свете современного учения об относительности? Остается ли она в силе?

Ответы

I. Механика

1. Меры крупнее метра

У нас узаконена только одна метрическая мера крупнее метра: километр. Декаметр, гектометр, мириаметр в нашем стандарте отсутствуют.

2. Литр и кубический дециметр

Убеждение, будто литр и кубический дециметр одно и то же, С ошибочно. Они весьма близки по величине, однако не тождественны. Узаконенный литр современной системы мер производится не от куб. дециметра, а от килограмма, и представляет собою объем килограмма чистой воды при температуре ее наибольшей плотности. Объем этот больше куб. дециметра на 27 мм³.

Итак, литр несколько больше куб. дециметра.

3. Мельчайшая мера длины

Тысячная доля миллиметра – микрон – далеко не является самой маленькой мерой длины, употребляемой в современной науке^[4]. Ее давно уже превзошли в малости сначала миллионная доля миллиметра С нанометр, затем десятимиллионная доля миллиметра С так называемый ангстрем (Е) С ныне не применяемая единица. На сегодняшний день самая малая мера длины С это нанометр. Ранее применялась сейчас уже отмененная единица «икс» (Х), представляющая собою X = 1,00206 · 10^Р13 м ≈ 0,0001 нм. В природе, впрочем, существуют тела, для которых даже «икс» мера слишком крупная. Таков электрон, поперечник которого измеряется сотыми долями икса^[5], и протон, диаметр которого, вероятно, в 2000 раз меньше.

Перечисленные малые меры длины сопоставлены ниже:

микрон 10^Р6 м

нанометр 10¹⁵⁹ м

ангстрем 10^Р10м (отменена)

икс 10^Р13м (отменена)

Формально, согласно системе СИ, можно использовать производные от метра величины: пикометр (10^Р12 м), фемтометр (10^Р15 м) и аттометр (10^Р18 м), но фактически наименования величин менее нанометра не применяются.

4. Наибольшая мера длины

Еще не так давно наибольшей мерой длины, с какой имеет дело наука, считался «световой год» – годичный путь светового луча в пустоте. В нем 9,5 биллиона километров (9,5·1012 км). В научных сочинениях эта мера постепенно вытеснена другой, в три с лишком раза более крупной – «парсеком». Парсек (сокращение от слов «параллакс» и «секунда») равен 31 биллиону километров – 31·1012 км. Но и эта исполинская мера оказалась чересчур мелкой для промеров глубин мироздания. Астрономам пришлось ввести сначала килопарсек, заключающий 1000 парсеков, а затем и мегапарсек – миллион парсеков, побивающий в настоящее время ре – корд протяжения среди мер длины.

Его соперник – мера, называемая астрономами «единица А» и содержащая миллион световых лет, – раза в три меньше мегапарсека. Мегапарсеками измеряются расстояния до спиральных туманностей.

^{Рис. 57. Что такое «парсек»}

Сопоставим эти огромные меры длины:

Интересно, какой длины средняя величина между самой большой и самой мелкой мерами – между мегапарсеком и иксом. Мы имеем здесь в виду, конечно, не среднеарифметическую (которая составляет, очевидно, половину мегапарсека), а среднегеометрическую. Превратив икс в километры, имеем

Х = 10^–10 мм = 10^–16 км.

Следовательно, среднегеометрическая между мегапарсеком и иксом равна

Наибольшая мера длины во столько же раз больше 56 км, во сколько раз 56 км больше самой мелкой меры.

5. Легкие металлы. Металлы легче воды

Когда заходит речь о легком металле, называют обычно алюминий. Однако он занимает далеко не первое место в ряду легких металлов: существует несколько металлов, которые легче его. Ниже приведен их перечень с указанием удельного веса (плотности) каждого:

Рекорд легкости побивает, как видим, литий^[6] – металл, который легче многих пород дерева и плавает в керосине, погружаясь до половины. Он в сорок раз легче самого тяжелого металла – осмия.

^{Рис. 58. Призмы равного веса из некоторых легких металлов}

Из сплавов, применяемых в современной промышленности, выделяются своей легкостью следующие (французские инженеры, занимающие одно из первых мест в производстве высококачественных легких сплавов, называют «легкими» все сплавы с плотностью меньше 3):

1) дюралюминий и кольчугалюминий С сплавы алюминия с небольшим количеством меди и магния; при плотности 2,6 они втрое легче железа, будучи прочнее его в полтора раза;

2) дюрбериллий – сплав бериллия с медью и никелем; он легче дюралюминия на 25 % и прочнее на 40 %;

3) электрон (не смешивать с элементарным количеством отрицательного электричества)^[7] – сплав магния, алюминия и др.; почти не уступая в прочности дюралюминию, электрон легче его на 30 % (плотность 1,84).

Мы не останавливаемся здесь на ряде таких легких алюминиевых сплавов, как лоталь, силумин, склерон, конструкталь, магналий (предшественник электрона), употребляемых на Западе.

6. Вещество наибольшей плотности

Осмий, иридий, платина– вещества, которые принято считать самыми плотными – оказываются ничтожно плотными по сравнению с веществом некоторых звезд. Величайшей плотностью отличается материя так называемой звезды ван-Манэна, принадлежащей к зодиакальному созвездию Рыб. В 1 куб. см этой звезды (по геометрическим размерам не превышающей нашу Землю) заключается в среднем около 400 кг массы. Следовательно, вещество это в 400 000 раз плотнее воды и приблизительно в 20 000 раз плотнее платины. Мельчайшая дробинка из такого вещества (№ 12, диаметр 1,25 мм) весила бы на поверхности Земли 400 г С целый фунт! Вес той же дробинки на поверхности самой звезды ван-Манэна поистине чудовищен: 30 тонн!

^{Рис. 59. Немного вещества звезды ван – Манэна, объемом в четверть спичечного коробка, могло бы уравновесить три десятка взрослых людей}

^{Рис. 60. Опрокидывание Эдисоновой стены}

7. На необитаемом острове

«Растут ли хоть деревья на этом тропическом острове?» – спрашивает автор немецкой книжки, посвящен – ной разбору Эдисоновой викторины. Вопрос праздный, потому что для опрокидывания скалы никаких деревьев не понадобится: это можно сделать буквально голыми руками. Рассчитаем, какова толщина скалы, подозрительно не упомянутая в задаче, и дело сразу разъяснится.

При общей массе скалы 3 т и при плотности гранита 3, соображаем, что объем скалы равен 1 м³. А так как дли – на скалы 30 м (100 футов), высота около 5 м (15 футов), то толщина ее

1: (30 · 5) ≈ 0,007 м,

т. е. 7 мм. На острове возвышалась тонкая стена, всего в 7 мм толщины.

Чтобы подобную стену опрокинуть (если только она не врылась глубоко в почву), достаточно упереться в нее руками или плечом. Вычислим величину нужной для 78 этого силы, обозначив ее через х; на рис. 60 она изображена вектором Ах. Точка А приложения этой силы находится на высоте плеч человека (1,5 м). Сила стремится повернуть стену вокруг оси О. Момент этой силы равен

Мом. х = 1,5х.

Опрокидывающему усилию противодействует вес скалы Р, приложенный в центре ее тяжести С и стремящийся отвести поворачиваемую стену в прежнее положение. Момент силы веса относительно той же оси О равен

Мом. Р = Р · т = 3000 · 0,0035 = 10,5.

Величина силы х определяется из уравнения:

1,5х = 10,5,

откуда х = 7 кг.

Значит, напирая на стену с силою всего 7 кг, человек опрокинет скалу.

Невероятно, чтобы подобная каменная стена вообще могла удержаться в отвесном положении: самый слабый, неощутимый для нас ветерок должен был бы ее опрокинуть. Легко рассчитать указанным сейчас приемом, что для опрокидывания этой стены ветром (который можно рассматривать как силу, приложенную на половине высоты стены) достаточно общее давление ветра всего в 1¹/₂ кг/кв. м. Между тем даже так называемый «легкий» ветер с силою давления 1 кг на 1 кв. м оказывал бы на стену давление в 150 кг.