Юный техник - для умелых рук 1965-03, страница 4

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 направлечие 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 планеры или их модели могут дввольно 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 тако<г 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) отпедает. 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 может ее нагреть. Но если струя воздуха быстро двига-

7$

РИС. 1

РИС. 4

РИС. 2

РИС. 5

? V ). h I

РИС. 7

РИС. 8

РИС. 3

ется, то на поверхност 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 теле и от того слоя воздуха, который прилегает к телу. Но если воздух неподвижен, испарение происходит медленно, так как прилегающий к коже слой возд,ха скоро насыщается парами. В воздухе, насыщенном парами, испарения не происходит. Если же воздух движется, и к коже притекают все новые и новые его г|орции, то испарение — причем обильное — поддерживается все время, а это трчбует большого расхода тепло ы, которая отбирается от тела человека.

Но всегда ли движущейся воздух приносит прохладу? Нет. Если вы читали о путешествиях в южных странах, то, наверное, в:тречали выражение: «горячее дыханце пустыни». Дело в том, что в тропическом климате воздух бывает теплее, чем тело человека. Поэтому там при ветре людям становится не прохладнее, а жарче: ведь тег|лота передается уже не от тела воздуху, а, наоборот, воздух нагревает человече-

РИС. б

ское 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, засеин-ным 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 бреюсь 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 йдни сквозь другие».

РИС. 9

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 впадинм вода образует около нее кольцеобразный Гребень, и он начинает расширяться, отходя все дальше 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 3anonj яется водой и т. д. Так образуются вторая, третья и поряедующие волны.

Системы волн, образовавшиеся от различных источников (в нашем примере — от двух камней) распространяются независимо одна от другой. При этом

волны пересекаются или накладываются друг на друга.

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 пло^тно 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?