Юный техник - для умелых рук 1965-04, страница 4

В воде, как и в лесу, многв 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, нодлной 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 И 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 посла 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 перепет П. Е. Медведев в своей интересном 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 всю 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 — упоминаются 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 тепе водой не смачиваются. Поэтому она скользит на лапках, как на подушечках, слегка прогибая пленку воды. Иногда, при сильном ветре, водомерка попадает под воду. Тогда ев 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» тепле. Поэтому верхние слои воды, хорошо нагретые в течение дня, довольно долго остаются теплыми,

А попробуйте нырнуть поглубже. Здесь вода значительно холвднее! 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 попутается настоящая радуга в капельках дождя.

Окунитесь в воду с толовой еще раз. Если ваши волосы острижены не очень коротко, то вы можете убедиться, что, пока готова 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.

Это прекрасный призер 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 Ьжимаются ее волоски, когда кисточка вынута из воды (рис_г 2J.

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 из воды, так как воздух изменяет 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 погружен! ным.

Посмотрите на дно прЬмо под лодкой. Оно, кажет-мнимое поднятие составляет с: гь истинной глубины. А вдали i жется поднятым еще больше.

Это только обман зрс ния, порождаемый преломлением лучей [рис. 3]. Никогда не доверяйте своим гла-думаете погрузиться только по зказываетесь погруженным в всегда безопасно.

ся, приподнялось. Это примерно четвертую час от лодки дно водоема ki

зам, прыгая в воду. Вы шею, но неожиданно воду с головой. А это н

вы заметили какой-то ш< Да это водяной паук, он

хватил с собой немного зонался шарик. На noi

кажется блестящим, как

Продолжайте наблюдения. Возле зарослей тростника рик, блестящий, как серебро, заметил ваше приближение и спрятался под водоросл»! Ухедя с поверхности, он за-

воздуха, из которого и обра-рхноети шарика происходит

полное внутреннее отражение света, поэтому он

серебро.

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.

ВО ДОЗРИТЕЛЬНАЯ 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 ипи 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 ипи 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, ипи 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 капелыка 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, медлечно 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 «расскажет* 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 трубочно£_р смоченной мыльной водой. Такую трубочку мож*6э ввести внутрь пузыря и выдуть в нем другой пузырь. 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 кусочками 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 озер-

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 и 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.

Положите на дно тарелки цветок, затем влейте на нее мыльный раствор так, чтобы дно тарелки было

В ГРОЗУ

Все предвещает грозу. Кучевые облака быстро растут вверх, напоминая поднимающееся тесто, и превращаются в облако с «наковальней» (так называют